一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)用合金材料領(lǐng)域，涉及一種合金材料及其制備方法，特別是涉及一 種關(guān)節(jié)用鈦合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦合金的密度小、比強(qiáng)度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學(xué)性能、抗疲勞和蠕變性 能都很好，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。近 年來，世界鈦工業(yè)和鈦材加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展，海綿鈦、變形鈦合金和鈦合金加工材的 生產(chǎn)和消費(fèi)都達(dá)到了很高的水平，在航空航天領(lǐng)域、艦艇及兵器等軍品制造中的應(yīng)用日益 廣泛，在汽車、化學(xué)和能源等行業(yè)也有著巨大的應(yīng)用潛力。
[0003] 鈦無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料。鈦 及其合金憑借優(yōu)良的綜合性能，成為人工關(guān)節(jié)、骨創(chuàng)傷用品（髓內(nèi)釘、托板、螺釘?shù)?、脊柱矯 形內(nèi)固定系統(tǒng)、牙種植體、牙托、牙矯形絲、人工心臟瓣膜、介入性心血管支架等醫(yī)用內(nèi)植入 產(chǎn)品的首選材料等。常規(guī)的關(guān)節(jié)用鈦合金材料的強(qiáng)度并不能較好的滿足實(shí)際應(yīng)用的需求， 因此需要對其性能進(jìn)行改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題：常規(guī)的用于關(guān)節(jié)的鈦合金材料其硬度、彎曲強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度 較低，在用于關(guān)節(jié)中時(shí)制約了鈦合金材料的使用，因此需要對用于關(guān)節(jié)的鈦合金材料的硬 度、彎曲強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行改進(jìn)，提高鈦合金材料的適用性。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料及其制備方法，所述的關(guān)節(jié)用鈦 合金金材料按重量包括下述的成分： A1 5. 6wt%_9. 4wt%、 Fe 3. 6wt%_7. 2wt%、 Zr 0. 4wt%-〇. 9wt%、 Mo 0. 6wt%_l. 3wt%、 Ni 0. 4wt%-〇. 8wt%、 Cu 2. 3wt%_2. 9wt%、 Gd 0.05wt%_0. 25wt%、 Nd 0.05wt%_0. 35wt%、 余量為Ti。
[0006] 進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料，按重量包括下述的成分： A1 6. 5wt%_8. 5wt%、 Fe 4. 8wt%_6. 6wt%、 Zr 0. 5wt%-〇. 8wt%、 Mo 0. 8wt%_l.Owt%、 Ni 0.5wt%-〇. 7wt%、 Cu 2. 4wt%_2. 8wt%、 Gd 0.10wt%-0. 20wt%、 Nd 0.15wt%-0. 30wt%、 余量為Ti。
[0007] 更進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料，按重量包括下述的成分： A1 7. 5wt%、 Fe 5. 5wt%、 Zr 0?7wt%、 Mo 0.9wt%、 Ni 0.6wt%、 Cu 2.6wt%、 Gd 0.15wt%、 Nd 0?22wt%、 余量為Ti。
[0008] -種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，制備方法包括以下步驟： (1) 按照重量百分比分別取A1為5. 6wt%-9. 4wt%、Fe為3. 6wt%-7. 2wt%、Zr為 0. 4wt%-〇. 9wt%、 Mo為 0? 6wt%-l. 3wt%、Ni為 0? 4wt%-0. 8wt%、Cu為 2. 3wt%-2. 9wt%、Gd為 0. 05wt%_0. 25wt%、 Nd為0. 05wt%-0. 35wt%、余量為Ti，將上述的各種金屬材料混合至均勻； (2) 步驟（1)混合均勻后的金屬材料粉末進(jìn)行高溫熔煉，將上述的金屬粉末材料投入高 溫熔煉爐中，將高溫熔煉爐內(nèi)溫度升高至755-795°C，升溫速率為30°C/min，在該溫度下高 溫熔煉120min; (3) 再次升高熔煉爐溫度，升高爐內(nèi)溫度為1020-1040°C，升溫速率為40°C/min，在該 溫度下高溫熔煉150min; (4) 將高溫熔煉爐內(nèi)溫度冷卻，冷卻至溫度為615-655°C，溫度恒定90min; (5) 最后將復(fù)合金屬材料徹底冷卻至室溫，為關(guān)節(jié)用合金材料。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，步驟（2)中將高溫熔煉爐內(nèi) 溫度升高至775°C。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，步驟（3)中再次升高熔煉爐 溫度，升高爐內(nèi)溫度為1030 °C。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，步驟（4)中將高溫熔煉爐內(nèi) 溫度冷卻，冷卻至溫度為635 °C。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，步驟（1)中Gd為 0? 10wt%_0. 20wt%、Nd為 0? 15wt%-〇. 30wt%。
[0013] 更進(jìn)一步的，所述的一種關(guān)節(jié)用鈦合金材料的制備方法，步驟（1)中Gd為 0? 15wt%、Nd為 0? 22wt%。
[0014] 有益效果：本發(fā)明的關(guān)節(jié)用鈦合金材料，在常規(guī)的鈦合金的基礎(chǔ)上，加入了一定量 的稀土元素，對于提高鈦合金整體的性能有較大的幫助，有效的提高了制備的鈦合金材料 的硬度、抗壓強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，具備了較為理想的性能后可更加適用于關(guān)節(jié)用鈦合金材料 中。Gd和Nd兩種元素的加入對提高鈦合金材料的強(qiáng)度有較突出的作用。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1 (1)按照重量百分比分別取A1為9. 4wt%、Fe為3. 6wt%、Zr為0. 9wt%、Mo為0. 6wt%、Ni為0? 8wt%、Cu為2. 3wt%、Gd為0? 25wt%、Nd為0? 05wt%、余量為Ti，將上述的各種金屬材料 混合至均勻；（2)步驟（1)混合均勻后的金屬材料粉末進(jìn)行高溫熔煉，將上述的金屬粉末材 料投入高溫熔煉爐中，將高溫熔煉爐內(nèi)溫度升高至795°C，升溫速率為30°C/min，在該溫度 下高溫熔煉120min;(3)再次升高熔煉爐溫度，升高爐內(nèi)溫度為1040°C，升溫速率為40°C/ min，在該溫度下高溫熔煉150min; (4)將高溫熔煉爐內(nèi)溫度冷卻，冷卻至溫度為655°C，溫 度恒定90min; (5)最后將復(fù)合金屬材料徹底冷卻至室溫，為關(guān)節(jié)用合金材料。
[0016] 實(shí)施例2 (1)按照重量百分比分別取A1為5. 6wt%、Fe為7. 2wt%、Zr為0. 9wt%、Mo為1. 3wt%、Ni為0? 4wt%、Cu為2. 9wt%、Gd為0? 05wt%、Nd為0? 35wt%、余量為Ti，將上述的各種金屬材料 混合至均勻；（2)步驟（1)混合均勻后的金屬材料粉末進(jìn)行高溫熔煉，將上述的金屬粉末材 料投入高溫熔煉爐中，將高溫熔煉爐內(nèi)溫度升高至755°C，升溫速率為30°C/min，在該溫度 下高溫熔煉120min;(3)再次升高熔煉爐溫度，升高爐內(nèi)溫度為1020°C，升溫速率為40°C/ min，在該溫度下高溫熔煉150min; (4)將高溫熔煉爐內(nèi)溫度冷卻，冷卻至溫度為615°C，溫 度恒定90min; (5)最后將復(fù)合金屬材料徹底冷卻至室溫，為關(guān)節(jié)用合金材料。
[0017] 實(shí)施例3 (1)按照重量百分比分別取A1為6. 5wt%、Fe為4. 8wt%、Zr為0. 8wt%、Mo為0. 8wt%、Ni為0? 7wt%、Cu為2. 8wt%、Gd為0? 20wt%、Nd為0? 15wt%、余量為Ti，將上述的各種金屬材料 混合至均勻；（2)步驟（1)混合均勻后的金屬材料粉末進(jìn)行高溫熔煉，將上述的金屬粉末材 料投入高溫熔煉爐中，將高溫熔煉爐內(nèi)溫度升高至795°C，升溫速率為30°C/min，在該溫度 下高溫熔煉120min;(3)再次升高熔煉爐溫度，升高爐內(nèi)溫度為1040°C，升溫速率為40°C/ min，在該溫度下高溫熔煉150min; (4)將高溫熔煉爐內(nèi)溫度冷卻，冷卻至溫度為655°C，溫 度恒定90min; (5)最后將復(fù)合金屬材料徹底冷卻至室溫，為關(guān)節(jié)用合金材料。
[0018] 實(shí)施例4 (1)按照重量百分比分別取A1為8.5wt%、Fe為6.6wt%、Zr為0. 5wt%、Mo為1. 0wt%、Ni為0? 5wt%、Cu為2. 4wt%、Gd為0? 10wt%、