CN104357697B - 利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，包括：步骤1，混合羟基磷灰石粉和钛粉；步骤2，采用行星球磨设备对混合粉末在惰性气氛中进行机械球磨；步骤3，采用放电等离子烧结法对球磨后的混合粉末进行烧结。制备的生物钛合金机械性能优良，晶粒度10μm，硬度1350HV，致密度99.2%，自腐蚀电位‑380~‑450mV；另外，本发明方法工艺简单、易操作，具有良好的产业化前景。

Description

利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法
技术领域
本发明属于合金材料制备技术领域，尤其涉及一种利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法。
背景技术
生物钛合金由于其优良的耐腐蚀性能及高的比强度，被认为是一种非常有希望的生物医用材料，但是其生物兼容性差（自腐蚀电位为-820~-880mV）的问题严重地制约了其使用。基于生物钛合金存在的不足，本发明采用放电等离子烧结法（SPS）制备生物钛合金，以获得细晶组织的生物钛合金，从而改善生物钛合金的生物兼容性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，采用该方法制备的生物钛合金的生物兼容性得到显著改善。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，包括步骤：
步骤1，混合羟基磷灰石粉（HAP粉）和钛粉得到混合粉末，羟基磷灰石粉和钛粉的摩尔比为1：（0.1~0.2）；
步骤2，采用行星球磨设备对混合粉末在惰性气氛中进行机械球磨，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时；
步骤3，采用放电等离子烧结法对球磨后的混合粉末进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。
作为优选，上述羟基磷灰石粉纯度≥99.8%，粒度为35μm。
作为优选，上述钛粉纯度≥99.5%，粒度为40μm。
作为优选，上述球磨介质为不锈钢球。
放电等离子烧结是一种新型的材料烧结技术，其主要特点是利用体加热和表面活化实现材料的超快速致密化烧结。因其具有非常高的热效率，可在相当快的时间内使被烧结体达到致密，对于烧结难烧结材料有其独特的优势。
本发明利用机械活化－放电等离子烧结法（MASPS）实现了HAP-Ti合金的超快速烧结。首先，采用高能球磨法对HAP-粉和钛粉的混合粉末进行机械活化；然后，采用放电等离子烧结法（Spark Plasma Sintering，简称SPS）对机械活化后的混合粉末进行烧结合成。
和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：
1、实现了生物钛合金的超快速烧结，且可制备晶粒细、致密度高的合金材料，从而改善生物钛合金的生物兼容性。
2、工艺简单、容易操作，具有良好的产业化前景。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步说明本发明。
实施例
第一步：将纯度≥99.8%、粒度35μm的HAP粉和纯度≥99.5%、粒度40μm的钛粉按1：（0.1~0.2）的摩尔比进行混合。
第二步：采用变频式行星球磨机对混合粉末进行机械球磨，球磨介质采用不锈钢球，球磨过程以氩气作为保护气氛，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时。
第三步：将经球磨活化的混合粉末装入石墨模具，再置于放电等离子烧结机中进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力为，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。
本实施例制备的生物钛合金具有优良的机械性能，晶粒度10μm，硬度1350HV，致密度99.2%；自腐蚀电位-380~-450mV，而传统方法制备的生物钛合金的自腐蚀电位为-820~-880mV。

Claims (4)

1.利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，其特征是，包括步骤：
步骤1，混合羟基磷灰石粉（HAP粉）和钛粉得到混合粉末，羟基磷灰石粉和钛粉的摩尔比为1：（0.1~0.2）；
步骤2，采用行星球磨设备对混合粉末在惰性气氛中进行机械球磨，球磨介质和混合粉末质量比为（12~15）：1，转速为（150~200）转/分钟，球磨时间为25~50小时；
步骤3，采用放电等离子烧结法对球磨后的混合粉末进行烧结，烧结过程中施加（40~50）MPa的轴向压力，烧结温度为800~1100℃，烧结时间为10~15min。
2.如权利要求1所述的利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，其特征是：
所述的羟基磷灰石粉纯度≥99.8%，粒度为35μm。
3.如权利要求1所述的利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，其特征是：
所述的钛粉纯度≥99.5%，粒度为40μm。
4.如权利要求1所述的利用放电等离子烧结法制备致密生物钛合金的方法，其特征是：
所述的球磨介质为不锈钢球。
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