[发明专利]一种生物医疗用抗菌钛合金制造方法

摘要

本发明属于生物医疗金属材料领域，具体涉及一种生物医疗用抗菌钛合金制造方法，以Ti‑5Al‑2.5Fe为基础的Ti‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE系α＋β型二相钛合金，经过中间合金制备，Ti‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE抗菌钛合金的熔炼和生产工艺，Ti‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE抗菌钛合金成分范围(重量百分比），钛合金理论研究表明，钛合金中Al，O,N为α相稳定元素，Fe为β相稳定元素，Zr为中性强化元素，提高钛合金的冷热加工性能和塑性；Ag为共析型元素，国内外的研究证明，银离子有很强的灭菌性能；微量的稀土元素可以细化晶粒改善钛合金的机械性能；多元微合金元素复合强化是钛合金的发展方向。

主权项

一种生物医疗用抗菌钛合金制造方法，其特征在于以Ti‑5Al‑2.5Fe为基础的Ti‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE系α＋β型二相钛合金；Ⅰ中间合金制备①Al‑Fe中间合金制备传统Ti‑5Al‑2.5Fe生产工艺是铝和铁以纯铝和纯铁的形式加入，个别生产单位是用感应炉熔炼Al‑Fe中间合金；纯铝的熔点低，熔炼过程中烧损和挥发比较严重，钛合金铸锭成分稳定和一致性不好，铁在钛合金中是易偏析元素之一，用纯铁直接加入偏析很难控制；而一般的感应炉熔炼此中间合金气体杂质增加较多，成分稳定性差，不利于钛合金铸锭质量控制；因此Al‑Fe中间合金熔炼采用水冷铜坩埚真空感应炉熔炼，原料采用高纯铝和高纯铁，在氩气保护下熔炼，精炼30分钟后浇铸中间合金铸锭，冷却至100℃以下后出炉，破碎后化学成分分析，备用；Al‑Fe中间合金成分范围为：Al 78‑82% Fe 18‑22%(原子百分比）Al‑Fe中间合金的熔点为1150℃；②Zr‑Ag‑RE中间合金的制备由于纯银在钛金属液冷却凝固过程中容易出现局部共析反应，使银析出，使用必须以中间合金的形式加入；微量RE（稀土）化学活性强，以纯金属形态直接加入钛合金中收得率低，烧损严重，也以中间合金的形式加入才是合理的；Zr‑Ag‑RE中间合金熔炼采用水冷铜坩埚真空感应炉进行；其优点是，真空度高，没有坩埚材料对金属熔炼体的污染，中间合金杂质含量低；Zr‑Ag‑RE中间合金的熔炼和生产工艺为：高品质海绵锆+纯金属银粉+纯金属稀土粉——混料，投料——抽真空——充氩气——熔炼——精炼——浇铸——炉冷——出炉——中间合金铸锭取样分析成分——破碎——备用；Zr‑Ag‑RE中间合金成分范围为：Ag 30‑32% RE 1‑3% Zr 余量（原子百分比）Zr‑Ag‑RE中间合金组织为AgZr2 金属间化合物，熔点为1200℃；ⅡTi‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE抗菌钛合金的熔炼和生产工艺：钛合金铸锭采用真空自耗电弧炉进行，二次真空熔炼方式；按照原料的化学分析成分配料称重，把熔炼原料—海绵钛和Al‑Fe中间合金，Zr‑Ag‑RE中间合金放入混料机中进行大混料；均匀混好的原料在液压机上进行挤压，制成自耗电极块；等离子真空焊接机组焊自耗电极；一次熔炼采用大抽气率高真空熔炼，充分去除海绵钛里的挥发物，熔炼电流和电压根据自耗电极尺寸和坩埚尺寸确定；一次铸锭根据情况表面进行清理或扒皮；二次熔炼采用高真空后充氩气至低真空后氩气保护下熔炼，保证钛合金中易烧损元素的收得率；二次熔炼铸锭炉冷至100℃以下出炉，去除铸锭头尾，铸锭表面扒皮清理；铸锭熔炼工艺：海绵钛+Al‑Fe中间合金+Zr‑Ag‑RE中间合金——称重，混料——挤压电极块——组焊电极——一次熔炼——清理铸锭表面——二次熔炼——炉冷——铸锭出炉——清理扒皮——取样分析——铸锭成品；ⅢTi‑Al‑Fe‑Zr‑Ag‑RE抗菌钛合金成分范围(重量百分比）：(Al+O+4N):5.2‑5.5%Fe:2.4‑2.8%Zr:0.5‑1.0%RE:0.01‑0.05%（O+4N)＜0.10%H＜0.008%C＜0.03%；Ⅳ抗菌钛合金的抗菌实验：钛合金使用“薄膜覆盖法”进行抗菌力实验，大肠杆菌，金黄色葡萄球菌在无可见光环境下24小时杀灭率为100%；植入物在人体中环境比较复杂，不是单纯的细菌感染，但完全说明其抗菌性。