一種人工關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于人造關(guān)節(jié)、人造骨頭領(lǐng)域，特別是涉及一種人工關(guān)節(jié)及其熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的生物醫(yī)用材料常規(guī)是用于植入人體內(nèi)的人工器官，目前人造關(guān)節(jié)的需求量大幅度增加，人工關(guān)節(jié)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多，該類手術(shù)越來越成熟，但是目前人工關(guān)節(jié)的強(qiáng)度和彈性模量不是很高，使得人工關(guān)節(jié)的使用年限得到了一定的限制。目前常規(guī)采用鋯合金或鈦合金制作人工關(guān)節(jié)，現(xiàn)有一些技術(shù)在鈦合金中添加Pb等元素，通過促進(jìn)鈦的陽極鈍化，從而提高醫(yī)用鈦合金的耐腐蝕性，避免縫隙腐蝕，但是Pb是一種重金屬元素，在歐洲、美國和日本是完全禁止使用的，由于其長期在人體內(nèi)容易使得人體的Pb元素超標(biāo)，從而有可能使得人體Pb中毒。因此急需要開發(fā)出一種高強(qiáng)度、高彈性模量和耐腐性極佳的人工關(guān)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于提出一種人工關(guān)節(jié)。
[0004]本發(fā)明的目的之二在于提出一種人工關(guān)節(jié)的熱處理方法。
[0005]具體通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn):
1.一種人工關(guān)節(jié)，所述人工關(guān)節(jié)的材質(zhì)為鈦合金，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.5-5.2%，Ga:2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)，且雜質(zhì)中Fe 彡 0.20%，C 彡 0.05%，N 彡 0.01%。
[0006]制備方法包括如下步驟:
(I)原料準(zhǔn)備及熔煉:選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度< 1Pa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；將該鈦鑄錠與Ga、Al和V的中間合金共同加入到真空熔煉爐中熔煉成所需成分的鈦合金熔體。
[0007](2)精密鑄造:將步驟(I)得到的熔體進(jìn)行保溫后采用精密鑄造的方法得到人工關(guān)節(jié)半成品。
[0008](3)退火處理:將步驟(2)得到的人工關(guān)節(jié)半成品裝入到真空感應(yīng)熱處理爐中加熱到520-590 0C，保溫40?50min，再加熱到620-690 °C，保溫20?30min，再加熱到750-780 0C，保溫55~65min后空冷至室溫。
[0009](4)人工時(shí)效:將步驟(3)處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入時(shí)效爐中加熱至310-3600C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫。
[0010](5)深冷處理:人工時(shí)效后的人工關(guān)節(jié)半成品置入深冷箱，降溫到-120~-180°C，深冷處理25~35min后恢復(fù)到室溫。
[0011](6)固溶處理:將深冷處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入固溶處理爐中，加熱至820-8600C，保溫0.8-1.2小時(shí)后水淬。
[0012](7)第二次人工時(shí)效:將固溶處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入時(shí)效爐中加熱至320~360°C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫，即得到人工關(guān)節(jié)成品。
[0013]作為優(yōu)選，所述人工關(guān)節(jié)的抗拉強(qiáng)度多980MPa，鍛后伸長率多20%，斷面收縮率彡 45%ο
[0014]作為優(yōu)選，所述人工關(guān)節(jié)的彈性模量為58~72GPa。
[0015]作為優(yōu)選，所述人工關(guān)節(jié)的抗拉強(qiáng)度:990~1200MPa，鍛后伸長率:20~28%，斷面收縮率:45~52%，彈性模量為59~71GPa。
[0016]一種人工關(guān)節(jié)的制造方法，包括如下步驟。
[0017](I)原料準(zhǔn)備及熔煉:選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度< 1Pa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；將該鈦鑄錠與Ga、Al和V的中間合金共同加入到真空熔煉爐中熔煉成所需成分的鈦合金熔體。
[0018](2)精密鑄造:將步驟(I)得到的熔體進(jìn)行保溫后采用精密鑄造的方法得到人工關(guān)節(jié)半成品。
[0019](3)退火處理:將步驟(2)得到的人工關(guān)節(jié)半成品裝入到真空感應(yīng)熱處理爐中加熱到520-590 0C，保溫40?50min，再加熱到620-690 °C，保溫20?30min，再加熱到750-780 0C，保溫55~65min后空冷至室溫。
[0020](4)人工時(shí)效:將步驟(3)處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入時(shí)效爐中加熱至310-3600C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫。
[0021](5)深冷處理:人工時(shí)效后的人工關(guān)節(jié)半成品置入深冷箱，降溫到-120~-180°C，深冷處理25~35min后恢復(fù)到室溫。
[0022](6)固溶處理:將深冷處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入固溶處理爐中，加熱至820-8600C，保溫0.8-1.2小時(shí)后水淬。
[0023](7)第二次人工時(shí)效:將固溶處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入時(shí)效爐中加熱至320~360°C，保溫4~6小時(shí)后水冷到室溫，即得到人工關(guān)節(jié)成品。
[0024]所述人工關(guān)節(jié)的材質(zhì)為鈦合金，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.5-5.2%，Ga:2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)。
[0025]作為優(yōu)選，所述Ga、Al和V的中間合金為Ti_Ga、T1-Al和T1-V中間合金。
[0026]作為優(yōu)選，步驟(I)中，選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度l~6Pa的等離子真空焊箱中焊接電極。
[0027]作為優(yōu)選，所述深冷處理中，人工時(shí)效后的人工關(guān)節(jié)半成品置入深冷箱，先降溫到-69~-88°C后，維持溫度10~22min后，繼續(xù)冷卻到-140~_180°C，維持溫度26~30min后恢復(fù)到室溫。
[0028]本發(fā)明的效果在于。
[0029]1，通過合理熱處理制度處理特定的鈦合金，使得人工關(guān)節(jié)的強(qiáng)度、彈性模量等性能都得到的大幅度提高。
[0030]2，熱處理過程中，通過設(shè)置深冷處理，以及在深冷處理之前、退火處理之后設(shè)置人工時(shí)效處理，使得組織均勻，通過在深冷處理之后設(shè)置固溶處理和再一次的人工時(shí)效處理，使得微觀結(jié)構(gòu)晶粒細(xì)化且組織均勻后，對強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)化，強(qiáng)化之后又進(jìn)一步的使得彈性模量得到提高，從而使得人工關(guān)節(jié)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均好于現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)。
[0031]3，通過對人工關(guān)節(jié)材質(zhì)鈦合金的組分進(jìn)行合理調(diào)整，通過在T1-Al合金中添加Ga來提高強(qiáng)度，通過Ga和V的配合使用來達(dá)到耐腐蝕性，并且通過設(shè)置各元素的含量而達(dá)到合理與熱處理配合而提高各項(xiàng)性能。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
一種人工關(guān)節(jié)的熱處理方法，所述人工關(guān)節(jié)的材質(zhì)為鈦合金，所述鈦合金的成分按重量百分比含量為:A1:4.9%,Ga:4.1%，V:4.1%，余量為鈦及不可避免的雜質(zhì)。包括如下步驟。
[0033](I)原料準(zhǔn)備及熔煉:選用海綿鈦?zhàn)鳛殡姌O，在真空度為3Pa的等離子真空焊箱中焊接電極，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行兩次熔煉為鈦鑄錠；將該鈦鑄錠與T1-Ga、T1-Al和T1-V中間合金共同加入到真空熔煉爐中熔煉成所需成分的鈦合金熔體。
[0034](2)精密鑄造:將步驟(I)得到的熔體進(jìn)行保溫后采用精密鑄造的方法得到人工關(guān)節(jié)半成品。
[0035](3)退火處理:將步驟(2)得到的人工關(guān)節(jié)半成品裝入到真空感應(yīng)熱處理爐中加熱到560°C，保溫45min，再加熱到660°C，保溫26min，再加熱到770°C，保溫59min后空冷至室溫。
[0036](4)人工時(shí)效:將步驟(3)處理后的人工關(guān)節(jié)半成品置入時(shí)效爐中加熱至331°C，保溫5小時(shí)后水冷到室溫。
[0037](5)深冷處理:人工時(shí)效后的人工關(guān)節(jié)半成品置入深冷箱，降溫到_160°C，深冷處理29min后恢復(fù)到室溫。
[0038](6)固溶處理:將深冷處理