CN104831119A - 一种关节用钛合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于医用合金材料领域，涉及一种关节用钛合金材料及其制备方法，所述的钛合金材料包括Al、Fe、Zr、Mo、Ni、Cu、Gd、Nd和Ti。制备方法包括以下步骤：（1）将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将高温熔炼炉内温度升高至755-795℃，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1020-1040℃，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为615-655℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
Description
技术领域
本发明属于医用合金材料领域，涉及一种合金材料及其制备方法，特别是涉及一种关节用钛合金材料及其制备方法。
背景技术
钛合金的密度小、比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。
钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料。钛及其合金凭借优良的综合性能，成为人工关节、骨创伤用品（髓内钉、托板、螺钉等）、脊柱矫形内固定系统、牙种植体、牙托、牙矫形丝、人工心脏瓣膜、介入性心血管支架等医用内植入产品的首选材料等。常规的关节用钛合金材料的强度并不能较好的满足实际应用的需求，因此需要对其性能进行改进。
发明内容
要解决的技术问题：常规的用于关节的钛合金材料其硬度、弯曲强度和抗压强度较低，在用于关节中时制约了钛合金材料的使用，因此需要对用于关节的钛合金材料的硬度、弯曲强度和抗压强度进行改进，提高钛合金材料的适用性。
技术方案：本发明公开了一种关节用钛合金材料及其制备方法，所述的关节用钛合金金材料按重量包括下述的成分：
Al 5.6wt%-9.4wt%、
Fe 3.6wt%-7.2wt%、
Zr 0.4wt%-0.9wt%、
Mo 0.6wt%-1.3wt%、
Ni 0.4wt%-0.8wt%、
Cu 2.3wt%-2.9wt%、
Gd 0.05wt%-0.25wt%、
Nd 0.05wt%-0.35wt%、
余量为Ti。
进一步的，所述的一种关节用钛合金材料，按重量包括下述的成分：
Al 6.5wt%-8.5wt%、
Fe 4.8wt%-6.6wt%、
Zr 0.5wt%-0.8wt%、
Mo 0.8wt%-1.0wt%、
Ni 0.5wt%-0.7wt%、
Cu 2.4wt%-2.8wt%、
Gd 0.10wt%-0.20wt%、
Nd 0.15wt%-0.30wt%、
余量为Ti。
更进一步的，所述的一种关节用钛合金材料，按重量包括下述的成分：
Al 7.5wt%、
Fe 5.5wt%、
Zr 0.7wt%、
Mo 0.9wt%、
Ni 0.6wt%、
Cu 2.6wt%、
Gd 0.15wt%、
Nd 0.22wt%、
余量为Ti。
一种关节用钛合金材料的制备方法，制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量百分比分别取Al为5.6wt%-9.4wt%、Fe为3.6wt%-7.2wt%、Zr为0.4wt%-0.9wt%、
Mo为0.6wt%-1.3wt%、Ni为0.4wt%-0.8wt%、Cu为2.3wt%-2.9wt%、Gd 为0.05wt%-0.25wt%、
Nd为0.05wt%-0.35wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；
（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至755-795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；
（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1020-1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；
（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为615-655℃，温度恒定90min；
（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
进一步的，所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，步骤（2）中将高温熔炼炉内温度升高至775℃。
进一步的，所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，步骤（3）中再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1030℃。
进一步的，所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，步骤（4）中将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为635℃。
进一步的，所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，步骤（1）中Gd为0.10wt%-0.20wt%、Nd为0.15wt%-0.30wt%。
更进一步的，所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，步骤（1）中Gd为0.15wt%、Nd为0.22wt%。
有益效果：本发明的关节用钛合金材料，在常规的钛合金的基础上，加入了一定量的稀土元素，对于提高钛合金整体的性能有较大的帮助，有效的提高了制备的钛合金材料的硬度、抗压强度和弯曲强度，具备了较为理想的性能后可更加适用于关节用钛合金材料中。Gd和Nd两种元素的加入对提高钛合金材料的强度有较突出的作用。
具体实施方式
实施例1
（1）按照重量百分比分别取Al为9.4wt%、Fe为3.6wt%、Zr为0.9wt%、Mo为0.6wt%、Ni为0.8wt%、Cu为2.3wt%、Gd 为0.25wt%、Nd为0.05wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为655℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
实施例2
（1）按照重量百分比分别取Al为5.6wt%、Fe为7.2wt%、Zr为0.9wt%、Mo为1.3wt%、Ni为0.4wt%、Cu为2.9wt%、Gd 为0.05wt%、Nd为0.35wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至755℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1020℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为615℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
实施例3
（1）按照重量百分比分别取Al为6.5wt%、Fe为4.8wt%、Zr为0.8wt%、Mo为0.8wt%、Ni为0.7wt%、Cu为2.8wt%、Gd 为0.20wt%、Nd为0.15wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为655℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
实施例4
（1）按照重量百分比分别取Al为8.5wt%、Fe为6.6wt%、Zr为0.5wt%、Mo为1.0wt%、Ni为0.5wt%、Cu为2.4wt%、Gd 为0.10wt%、Nd为0.30wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至755℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1020℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为615℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
实施例5
（1）按照重量百分比分别取Al为7.5wt%、Fe为5.5wt%、Zr为0.7wt%、Mo为0.9wt%、Ni为0.6wt%、Cu为2.6wt%、Gd 为0.15wt%、Nd为0.22wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至775℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1030℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为635℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
对比例1
（1）按照重量百分比分别取Al为9.4wt%、Fe为3.6wt%、Zr为0.9wt%、Mo为0.6wt%、Ni为0.8wt%、Cu为2.3wt%、Gd 为0.25wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为655℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
对比例2
（1）按照重量百分比分别取Al为9.4wt%、Fe为3.6wt%、Zr为0.9wt%、Mo为0.6wt%、Ni为0.8wt%、Cu为2.3wt%、Nd为0.05wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为655℃，温度恒定90min；（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
上述的实施例1至5和对比例1和2的关节用钛合金材料的硬度、抗压强度和弯曲强度具体情况如下：
| 硬度 | 抗压强度 | 弯曲强度 | |
| 实施例1 | 239 | 387 | 325 |
| 实施例2 | 236 | 394 | 331 |
| 实施例3 | 251 | 413 | 364 |
| 实施例4 | 255 | 409 | 356 |
| 实施例5 | 279 | 458 | 402 |
对比例的钛合金材料数据如下：
| 硬度 | 抗压强度 | 弯曲强度 | |
| 对比例1 | 205 | 352 | 294 |
| 对比例2 | 210 | 356 | 287 |
Claims (9)
1.一种关节用钛合金材料，其特征在于，所述的关节用钛合金金材料按重量包括下述的成分：
Al 5.6wt%-9.4wt%、
Fe 3.6wt%-7.2wt%、
Zr 0.4wt%-0.9wt%、
Mo 0.6wt%-1.3wt%、
Ni 0.4wt%-0.8wt%、
Cu 2.3wt%-2.9wt%、
Gd 0.05wt%-0.25wt%、
Nd 0.05wt%-0.35wt%、
余量为Ti。
2.根据权利要求1所述的一种关节用钛合金材料，其特征在于，所述的关节用钛合金金材料按重量包括下述的成分：
Al 6.5wt%-8.5wt%、
Fe 4.8wt%-6.6wt%、
Zr 0.5wt%-0.8wt%、
Mo 0.8wt%-1.0wt%、
Ni 0.5wt%-0.7wt%、
Cu 2.4wt%-2.8wt%、
Gd 0.10wt%-0.20wt%、
Nd 0.15wt%-0.30wt%、
余量为Ti。
3.根据权利要求1所述的一种关节用钛合金材料，其特征在于，所述的关节用钛合金金材料按重量包括下述的成分：
Al 7.5wt%、
Fe 5.5wt%、
Zr 0.7wt%、
Mo 0.9wt%、
Ni 0.6wt%、
Cu 2.6wt%、
Gd 0.15wt%、
Nd 0.22wt%、
余量为Ti。
4.一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的关节用钛合金材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按照重量百分比分别取Al为5.6wt%-9.4wt%、Fe为3.6wt%-7.2wt%、Zr为0.4wt%-0.9wt%、
Mo为0.6wt%-1.3wt%、Ni为0.4wt%-0.8wt%、Cu为2.3wt%-2.9wt%、Gd 为0.05wt%-0.25wt%、
Nd为0.05wt%-0.35wt%、余量为Ti，将上述的各种金属材料混合至均匀；
（2）步骤（1）混合均匀后的金属材料粉末进行高温熔炼，将上述的金属粉末材料投入高温熔炼炉中，将高温熔炼炉内温度升高至755-795℃，升温速率为30℃/min，在该温度下高温熔炼120min；
（3）再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1020-1040℃，升温速率为40℃/min，在该温度下高温熔炼150min；
（4）将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为615-655℃，温度恒定90min；
（5）最后将复合金属材料彻底冷却至室温，为关节用合金材料。
5.根据权利要求4所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法步骤（2）中将高温熔炼炉内温度升高至775℃。
6.根据权利要求4所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法步骤（3）中再次升高熔炼炉温度，升高炉内温度为1030℃。
7.根据权利要求4所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法步骤（4）中将高温熔炼炉内温度冷却，冷却至温度为635℃。
8.根据权利要求4所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法步骤（1）中Gd为0.10wt%-0.20wt%、Nd为0.15wt%-0.30wt%。
9.根据权利要求4所述的一种关节用钛合金材料的制备方法，其特征在于所述的制备方法步骤（1）中Gd为0.15wt%、Nd为0.22wt%。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105522152A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-04-27 | 王岩 | 一种3d打印稀土钛合金材料的方法 |
| CN105522151A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-04-27 | 王岩 | 一种3d打印医用钛合金材料的方法 |
| CN105603255A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-05-25 | 王岩 | 一种3d打印制备医用钛合金材料 |
| CN105648270A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-06-08 | 王岩 | 一种3d打印稀土钛合金材料 |
| RU2610193C1 (ru) * | 2015-10-15 | 2017-02-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Экономнолегированный титановый сплав |
| CN112386745A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种人工关节材料、含有该材料的人工关节假体及其用途 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB838519A (en) * | 1956-07-23 | 1960-06-22 | Crucible Steel Co America | Stable beta containing alloys of titanium |
| JPH08131461A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-28 | Takeshi Masumoto | 歯科用金属義歯床 |
| CN1490421A (zh) * | 2003-08-08 | 2004-04-21 | 西北有色金属研究院 | 一种血管支架用β型钛合金 |
| CN103097559A (zh) * | 2010-09-23 | 2013-05-08 | Ati资产公司 | 高强度和延展性α/β钛合金 |
-
2015
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB838519A (en) * | 1956-07-23 | 1960-06-22 | Crucible Steel Co America | Stable beta containing alloys of titanium |
| JPH08131461A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-28 | Takeshi Masumoto | 歯科用金属義歯床 |
| CN1490421A (zh) * | 2003-08-08 | 2004-04-21 | 西北有色金属研究院 | 一种血管支架用β型钛合金 |
| CN103097559A (zh) * | 2010-09-23 | 2013-05-08 | Ati资产公司 | 高强度和延展性α/β钛合金 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 莫畏 主编: "《钛》", 30 June 2008, 冶金工业出版社 * |
| 陈家祥: "《炼钢常用图表数据手册（第2版）》", 31 January 2010, 冶金工业出版社 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2610193C1 (ru) * | 2015-10-15 | 2017-02-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Экономнолегированный титановый сплав |
| CN105522152A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-04-27 | 王岩 | 一种3d打印稀土钛合金材料的方法 |
| CN105522151A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-04-27 | 王岩 | 一种3d打印医用钛合金材料的方法 |
| CN105603255A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-05-25 | 王岩 | 一种3d打印制备医用钛合金材料 |
| CN105648270A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-06-08 | 王岩 | 一种3d打印稀土钛合金材料 |
| CN105603255B (zh) * | 2016-01-19 | 2017-12-12 | 江苏奥精医药科技有限公司 | 一种3d打印制备医用钛合金材料 |
| CN105522151B (zh) * | 2016-01-19 | 2018-02-23 | 段瑞行 | 一种3d打印医用钛合金材料的方法 |
| CN112386745A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种人工关节材料、含有该材料的人工关节假体及其用途 |
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Application publication date: 20150812 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |