CN105031719B - 一种医用钛合金棒材 - Google Patents
一种医用钛合金棒材 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105031719B CN105031719B CN201510476616.0A CN201510476616A CN105031719B CN 105031719 B CN105031719 B CN 105031719B CN 201510476616 A CN201510476616 A CN 201510476616A CN 105031719 B CN105031719 B CN 105031719B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- titanium alloy
- temperature
- titanium
- bar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 11
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 28
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 20
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 12
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 12
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 238000005554 pickling Methods 0.000 claims description 10
- 235000021110 pickles Nutrition 0.000 claims description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical class [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 8
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 8
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 8
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 8
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 5
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Substances C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 4
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 4
- UREZNYTWGJKWBI-UHFFFAOYSA-M benzethonium chloride Chemical compound [Cl-].C1=CC(C(C)(C)CC(C)(C)C)=CC=C1OCCOCC[N+](C)(C)CC1=CC=CC=C1 UREZNYTWGJKWBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 claims description 4
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 4
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims 1
- 239000006210 lotion Substances 0.000 claims 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 5
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 abstract description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 abstract 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 5
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N Quinoline Chemical compound N1=CC=CC2=CC=CC=C21 SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- -1 imidazoline quaternary ammonium salt Chemical class 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
一种医用钛合金棒材，包括钛合金棒材本体和其外部的包覆涂层，所述的钛合金棒材本体的化学组成为：锆7‑10％，铌16‑18％，铁：1.5‑2.5%，铬：0.5‑0.8%，镓：0.5‑0.9%，锡：0.25‑0.75%，铪0.02‑0.07％，钽1‑2％，铝：1‑2%，钒：0.25‑0.45%，硼：0.1‑0.18%，铈：0.12‑0.18%，余量为钛；所述外部包覆涂层的组成为：氧化钛：60‑80份，金属银：0.1‑1份；硅灰石：15‑20份；氧化银：0.1‑0.5份；硼化钛：2‑4份。本发明通过合金成分设计使得医用钛合金棒材质量优异，合金力学性能优异，可作为骨、关节及人工牙根等硬组织修复的替代材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种医用钛合金棒材，属于医用人造骨头领域。
背景技术
钛及钛合金因密度低、强度高、弹性模量低、耐腐蚀性能优良以及 生物相容性好等优点而被广泛应用于生物医疗领域，是生产复杂外科植 入物的理想原材料。早期外科植入的钛合金主要为纯钛和Ti6Al4V合金， 但随着应用的深入，纯钛和Ti6Al4V合金的不足亦被发现，纯钛强度过低，不宜做承重部分植入人体，Ti6Al4V合金虽然强度较高，但含有的V元素对人体有害。因此，以Nb替代V的医用钛合金Ti6Al7Nb被开发出 来，并被用于生产人工关节。
金属、陶瓷和高分子材料是当今三大医用人工骨关节材料，三种材料各有其优缺点：金属和陶瓷在负载荷医疗领域已得到了广泛的应用，但是金属易磨损和腐蚀，而陶瓷则脆性大：高分子材料柔韧性好但耐磨性及硬度较差。钛合金由于具有高强度、韧性及耐腐蚀的特性从而成为新一代的人工骨关节材料。但钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性整合，植入体在体内长期服役后，摩擦产生的磨屑会影响其生物惰性，从而引发局部组织炎症，缩短其使用寿命。因此对钛合金进行表面改性以改善其生物相容性引起了研究者的重视。表面改性一般都是通过采用各种表面涂层或薄膜技术在金属基体表面制备抗磨损生物相容涂层用于提高人工骨关节的耐磨损性、抗腐蚀性和生物相容性，改性后的表面一般具有良好的生物活性。
本发明针对现行医用人工骨关节的局限，在钛合金人工骨关节表面制备复合涂层，提高涂层的表面硬度和结合强度，并增强生物相容性，推动人工骨关节技术的进一步发展。
发明内容
本发明针对上述问题提出一种工艺细化、性能良好的医用钛合金棒材。
一种医用钛合金棒材，所述钛合金棒材包括钛合金棒材本体和其外部的包覆涂层，所述的钛合金棒材本体的化学组成为：锆7-10％，铌16-18％，铁：1.5-2.5%，铬：0.5-0.8%，镓：0.5-0.9%，锡：0.25-0.75%，铪0.02-0.07％，钽1-2％，铝：1-2%，钒：0.25-0.45%，硼：0.1-0.18%，铈：0.12-0.18%，余量为钛； 所述外部包覆涂层的组成为：氧化钛：60-80份，金属银：0.1-1份；硅灰石：15-20份； 氧化银：0.1-0.5份；硼化钛：2-4份。
进一步地，所述钛合金棒材由以下步骤制得：
(1)锭坯制备：所述锭坯的化学组成为：锆7-10％，铌16-18％，铁：1.5-2.5%，铬：0.5-0.8%，镓：0.5-0.9%，锡：0.25-0.75%，铪0.02-0.07％，钽1-2％，铝：1-2%，钒：0.25-0.45%，硼：0.1-0.18%，铈：0.12-0.18%，余量为钛；
按合金成分质量百分比配料，在高真空电弧加热炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成锭坯，将锭坯在真空炉内加Ar气保护进行热处理，将锭坯以200-250℃/小时升温至920-940℃，保温6-10小时，然后以120-150℃/小时降温到550-580℃，保温2-6小时，接着以80-90℃/小时降温到280-320℃，保温2-5小时，继续以50-65℃/小时降温到180-190℃，保温2-5小时，然后随炉冷却到室温；
(2)锻造成型
表面涂覆：在锭坯表面涂覆一层以氮化硼为主要成分的涂层防止高温加工时氧化并增加润滑；
用1000吨油压机将步骤锭坯在900-1000℃保温1-2小时，采用自由锻，终锻温度660-720℃，反复多次后锻成边长为200-300mm的方坯料；
将边长为200-300mm的方坯料冷却到室温，修磨表面缺陷后的坯料加热到900-950℃镦粗和拔长变形3-6次，终锻温度770-810℃，道次变形量20-45％， 总变形量累计70-130％；
然后锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，加热到700-740℃镦粗和拔长锻造3-6次，道次变形量15-30％，累计总变形量55-110％；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到680-720℃镦粗和拔长锻造2-3次，道次变形量40-50％；并在最后一次拔长锻造时倒棱、滚圆；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到730-740℃倒棱、滚圆、拔长锻造到直径为Ф40-Ф80mm的棒材；
(3)热处理
将棒材在箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为860-900℃，固溶时间为15-45min，固溶后进行水淬，然后进行分级时效处理：将水淬后的棒材在真空炉内加Ar气保护加热到450-480℃，保温2-3h，然后随炉冷却到280-310℃，保温3-4h，接着随炉冷却到180-220℃，保温5-6h，然后用水冷却；
进一步地，其外部的包覆涂层由以下步骤制得：将步骤(3)制得的棒材接着进行以下步骤，
(4)表面预处理：水洗：将热处理后的钛合金棒材先在温度为90-100℃的热水中进行清洗，然后用室温的流动冷水进行清洗；喷砂：用压缩空气吹干钛合金棒材，然后吹喷石英砂，去除机加痕迹，增加粗糙度；碱洗：将钛合金棒材浸渍于温度在350-550℃的碱熔融液中、浸渍时间为30-60min，所述碱熔融液由重量百分比为70～80％氢氧化钠和20～30％硝酸钠混合组成；酸洗：对棒材表面进行酸洗处理，浸渍在温度为40-50℃酸洗液中15-45min，其中：酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸20-30份，36.5％的HCl 6-8份，双烷基咪唑啉季铵盐1-2份，乙二胺1-3份，水30-60份；钝化处理：将酸洗后的钛合金棒材浸渍于温度在90～150℃，浓度为150～200g/l的硝酸钠，15-45g/l的氟化钠的水溶液中，控制溶液中Fe3+浓度＜20g/l，浸渍时间为15-20min；
(5)表面涂层喷涂：涂层喷涂原料为(重量份)：氧化钛粉：60-80份，金属银粉：0.1-1份；硅灰石粉：15-20份； 氧化银粉：0.1-0.5份；硼化钛粉：2-4份；将上述粉末混合后采用大气等离子体喷涂工艺，喷涂于钛合金棒材上，等离子体喷涂工艺参数为电弧等离子体气体Ar的流量为15-30标准升/分钟，电弧等离子体气体H2的流量为15-20标准升/分钟，粉末载气Ar的流量为0.5-2.5标准升/分钟，喷涂距离为40-60mm，送粉速率为5-10g/min，喷涂电流为450-600A，喷涂厚度为0.5-3mm；喷涂后将钛合金棒材在真空炉内加Ar气保护进行热处理，首先，将其加热到550-650℃，保温1-2小时，然后随炉冷却到150-200℃，保温24-48小时，然后随炉冷却。
进一步地，所述锭坯的化学组成为：锆8％，铌17％，铁：2%，铬：0.75%，镓：0.65%，锡：0.34%，铪：0.04%，钽：1.56％，铝：1.45%，钒：0.33%，硼：0.16%，铈：0.14%，余量为钛。
进一步地，涂层喷涂原料组成为(重量份)：氧化钛粉：70份，金属银粉：0.35份；硅灰石粉：18份； 氧化银粉：0.2份；硼化钛粉：3份。
进一步地，酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸25份，36.5％的HCl 7份，双烷基咪唑啉季铵盐1.5份，乙二胺1.4份，水45份；钝化处理液为：浓度为160g/l的硝酸钠，22g/l的氟化钠的水溶液。
本发明的效果在于：对钛合金成分、变形、表面处理、热处理制度进行优化，使得钛合金棒材的性能更优异；这样的工艺细化配合，使得医用钛合金棒材的制备过程更加细化，保证了质量，合金力学性能优异，可作为骨、关节及人工牙根等硬组织修复的替代材料。
具体实施方式
实施例1
一种医用钛合金棒材，其制备方法，包括以下步骤：
(1)锭坯制备：所述锭坯的化学组成为：锆6.5％，铌16.6％，铁：1.95%，铬：0.68%，镓：0.72%，锡：0.38%，铪0.05％，钽1.66％，铝：1.59%，钒：0.28%，硼：0.165%，铈：0.17%，余量为钛；
按合金成分质量百分比配料，在高真空电弧加热炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成锭坯，将锭坯在真空炉内加Ar气保护进行热处理，将锭坯以230℃/小时升温至930℃，保温8小时，然后以135℃/小时降温到560℃，保温4小时，接着以85℃/小时降温到285℃，保温5小时，继续以58℃/小时降温到186℃，保温2.5小时，然后随炉冷却到室温；
(2)锻造成型
表面涂覆：在锭坯表面涂覆一层以氮化硼为主要成分的涂层防止高温加工时氧化并增加润滑；
用1000吨油压机将步骤锭坯在965℃保温1.4小时，采用自由锻，终锻温度685℃，反复多次后锻成边长为260mm的方坯料；
将边长为260mm的方坯料冷却到室温，修磨表面缺陷后的坯料加热到930℃镦粗和拔长变形4次，终锻温度775℃，道次变形量30％；
然后锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，加热到720℃镦粗和拔长锻造4次，道次变形量25％；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到695℃镦粗和拔长锻造3次，道次变形量45％；并在最后一次拔长锻造时倒棱、滚圆；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到735℃倒棱、滚圆、拔长锻造到直径为Ф45mm的棒材；
(3)热处理
将棒材在箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为880℃，固溶时间为20min，固溶后进行水淬，然后进行分级时效处理：将水淬后的棒材在真空炉内加Ar气保护加热到460℃，保温2.5h，然后随炉冷却到290℃，保温3h，接着随炉冷却到185℃，保温5.5h，然后用水冷却；
(4)表面预处理：水洗：将热处理后的钛合金棒材先在温度为90℃的热水中进行清洗，然后用室温的流动纯净水进行清洗；喷砂：用压缩空气吹干钛合金棒材，然后吹喷石英砂，去除机加痕迹，增加粗糙度；碱洗：将钛合金棒材浸渍于温度在420℃的碱熔融液中、浸渍时间为35min，所述碱熔融液由重量百分比为75％氢氧化钠和25％硝酸钠混合组成；酸洗：对棒材表面进行酸洗处理，浸渍在温度为45℃酸洗液中18min，其中：酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸28份，36.5％的HCl 7份，双烷基咪唑啉季铵盐1.6份，乙二胺2.3份，水35份；钝化处理：将酸洗后的钛合金棒材浸渍于温度在95℃，浓度为170g/l的硝酸钠，22g/l的氟化钠的水溶液中，控制溶液中Fe3+浓度＜20g/l，浸渍时间为16min；
(5)表面涂层喷涂：涂层喷涂原料为(重量份)：氧化钛粉：65份，金属银粉：0.18份；硅灰石粉：18份； 氧化银粉：0.22份；硼化钛粉：2.8份；将上述粉末混合后采用大气等离子体喷涂工艺，喷涂于钛合金棒材上，等离子体喷涂工艺参数为电弧等离子体气体Ar的流量为23标准升/分钟，电弧等离子体气体H2的流量为17标准升/分钟，粉末载气Ar的流量为1.6标准升/分钟，喷涂距离为45mm，送粉速率为8g/min，喷涂电流为460A，喷涂厚度为1.2mm；喷涂后将钛合金棒材在真空炉内加Ar气保护进行热处理，首先，将其加热到580℃，保温1.3小时，然后随炉冷却到180℃，保温29小时，然后随炉冷却。
实施例2
一种医用钛合金棒材，其制备方法，包括以下步骤：
(1)锭坯制备：所述锭坯的化学组成为：锆9.5％，铌16.8％，铁：1.58%，铬：0.72%，镓：0.88%，锡：0.28%，铪0.06％，钽1.6％，铝：1.3%，钒：0.27%，硼：0.145%，铈：0.166%，余量为钛；
按合金成分质量百分比配料，在高真空电弧加热炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成锭坯，将锭坯在真空炉内加Ar气保护进行热处理，将锭坯以230℃/小时升温至930℃，保温7小时，然后以130℃/小时降温到570℃，保温4.5小时，接着以84℃/小时降温到295℃，保温3.5小时，继续以58℃/小时降温到185℃，保温3.5小时，然后随炉冷却到室温；
(2)锻造成型
表面涂覆：在锭坯表面涂覆一层以氮化硼为主要成分的涂层防止高温加工时氧化并增加润滑；
用1000吨油压机将步骤锭坯在940℃保温1.8小时，采用自由锻，终锻温度690℃，反复多次后锻成边长为260mm的方坯料；
将边长为260mm的方坯料冷却到室温，修磨表面缺陷后的坯料加热到930℃镦粗和拔长变形4次，终锻温度780℃，道次变形量35％；
然后锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，加热到720℃镦粗和拔长锻造4次，道次变形量25％；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到700℃镦粗和拔长锻造2次，道次变形量45％；并在最后一次拔长锻造时倒棱、滚圆；
将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到相变点以下732℃倒棱、滚圆、拔长锻造到直径为Ф55mm的棒材；
(3)热处理
将棒材在箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为870℃，固溶时间为40min，固溶后进行水淬，然后进行分级时效处理：将水淬后的棒材在真空炉内加Ar气保护加热到460℃，保温2.5h，然后随炉冷却到290℃，保温3.5h，接着随炉冷却到195℃，保温5h，然后用水冷却；
(4)表面预处理：水洗：将热处理后的钛合金棒材先在温度为95℃的热水中进行清洗，然后用室温的流动冷水进行清洗；喷砂：用压缩空气吹干钛合金棒材，然后吹喷石英砂，去除机加痕迹，增加粗糙度；碱洗：将钛合金棒材浸渍于温度在395℃的碱熔融液中、浸渍时间为45min，所述碱熔融液由重量百分比为72％氢氧化钠和28％硝酸钠混合组成；酸洗：对棒材表面进行酸洗处理，浸渍在温度为48℃酸洗液中18min，其中：酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸26份，36.5％的HCl 6.7份，双烷基咪唑啉季铵盐1.88份，乙二胺1.35份，水40份；钝化处理：将酸洗后的钛合金棒材浸渍于温度在110℃，浓度为175g/l的硝酸钠，26g/l的氟化钠的水溶液中，控制溶液中Fe3+浓度＜20g/l，浸渍时间为17min；
(5)表面涂层喷涂：涂层喷涂原料为(重量份)：氧化钛粉：68份，金属银粉：0.35份；硅灰石粉：17份； 氧化银粉：0.33份；硼化钛粉：3.6份；将上述粉末混合后采用大气等离子体喷涂工艺，喷涂于钛合金棒材上，等离子体喷涂工艺参数为电弧等离子体气体Ar的流量为18标准升/分钟，电弧等离子体气体H2的流量为17标准升/分钟，粉末载气Ar的流量为1.25标准升/分钟，喷涂距离为43mm，送粉速率为7.8g/min，喷涂电流为510A，喷涂厚度为0.9mm；喷涂后将钛合金棒材在真空炉内加Ar气保护进行热处理，首先，将其加热到590℃，保温1.6小时，然后随炉冷却到175℃，保温38小时，然后随炉冷却。
Claims (3)
1.一种医用钛合金棒材，其特征在于：所述钛合金棒材包括钛合金棒材本体和其外部的包覆涂层，所述的钛合金棒材本体的化学组成为：锆9.5％，铌16.8％，铁：1.58%，铬：0.72%，镓：0.88%，锡：0.28%，铪0.06％，钽1.6％，铝：1.3%，钒：0.27%，硼：0.145%，铈：0.166%，余量为钛；所述外部包覆涂层的组成为：氧化钛：60-80份，金属银：0.1-1份；硅灰石：15-20份；氧化银：0.1-0.5份；硼化钛：2-4份；
所述钛合金棒材由以下步骤制得： (1)锭坯制备：所述锭坯的化学组成为：锆9.5％，铌16.8％，铁：1.58%，铬：0.72%，镓：0.88%，锡：0.28%，铪0.06％，钽1.6％，铝：1.3%，钒：0.27%，硼：0.145%，铈：0.166%，余量为钛； 按合金成分质量百分比配料，在高真空电弧加热炉中熔炼，充分搅拌，浇铸成锭坯，将锭坯在真空炉内加Ar气保护进行热处理，将锭坯以200-250℃/小时升温至920-940℃，保温6-10小时，然后以120-150℃/小时降温到550-580℃，保温2-6小时，接着以80-90℃/小时降温到280-320℃，保温2-5小时，继续以50-65℃/小时降温到180-190℃，保温2-5小时，然后随炉冷却到室温； (2)锻造成型 表面涂覆：在锭坯表面涂覆一层以氮化硼为主要成分的涂层防止高温加工时氧化并增加润滑； 用1000吨油压机将步骤锭坯在900-1000℃保温1-2小时，采用自由锻，终锻温度660-720℃，反复多次后锻成边长为200-300mm的方坯料； 将边长为200-300mm的方坯料冷却到室温，修磨表面缺陷后的坯料加热到900-950℃镦粗和拔长变形3-6次，终锻温度770-810℃，道次变形量20-45％，总变形量累计70-130％； 然后锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，加热到700-740℃镦粗和拔长锻造3-6次，道次变形量15-30％，累计总变形量55-110％； 将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到相680-720℃镦粗和拔长锻造2-3次，道次变形量40-50％；并在最后一次拔长锻造时倒棱、滚圆； 将镦拔锻造的锻坯冷却到室温，修磨表面缺陷后，再加热到相变点以下730-740℃倒棱、滚圆、拔长锻造到直径为Ф40-Ф80mm的棒材； (3)热处理将棒材在箱式电阻炉中进行固溶处理，固溶温度为860-900℃，固溶时间为15-45min，固溶后进行水淬，然后进行分级时效处理：将水淬后的棒材在真空炉内加Ar气保护加热到450-480℃，保温2-3h，然后随炉冷却到280-310℃，保温3-4h，接着随炉冷却到180-220℃，保温5-6h，然后用水冷却；
其外部的包覆涂层由以下步骤制得：将步骤(3)制得的钛合金棒材接着进行以下步骤：(4)表面预处理：水洗：将热处理后的钛合金棒材先在温度为90-100℃的热水中进行清洗，然后用室温的流动冷水进行清洗；喷砂：用压缩空气吹干钛合金棒材，然后吹喷石英砂，去除机加痕迹，增加粗糙度；碱洗：将钛合金棒材浸渍于温度在350-550℃的碱熔融液中、浸渍时间为30-60min，所述碱熔融液由重量百分比为70～80％氢氧化钠和20～30％硝酸钠混合组成；酸洗：对棒材表面进行酸洗处理，浸渍在温度为40-50℃酸洗液中15-45min，其中：酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸20-30份，36.5％的HCl 6-8份，双烷基咪唑啉季铵盐1-2份，乙二胺1-3份，水30-60份；钝化处理：将酸洗后的钛合金棒材浸渍于温度在90～150℃，浓度为150～200g/l的硝酸钠，15-45g/l的氟化钠的水溶液中，控制溶液中Fe3+浓度＜20g/l，浸渍时间为15-20min； (5)表面涂层喷涂：涂层喷涂原料为(重量份)：氧化钛粉：60-80份，金属银粉：0.1-1份；硅灰石粉：15-20份；氧化银粉：0.1-0.5份；硼化钛粉：2-4份；将上述涂层喷涂原料混合后采用大气等离子体喷涂工艺，喷涂于钛合金棒材上，等离子体喷涂工艺参数为电弧等离子体气体Ar的流量为15-30标准升/分钟，电弧等离子体气体H2的流量为15-20标准升/分钟，粉末载气Ar的流量为0.5-2.5标准升/分钟，喷涂距离为40-60mm，送粉速率为5-10g/min，喷涂电流为450-600A，喷涂厚度为0.5-3mm；喷涂后将钛合金棒材在真空炉内加Ar气保护进行热处理，首先，将其加热到550-650℃，保温1-2小时，然后随炉冷却到150-200℃，保温24-48小时，然后随炉冷却。
2.如权利要求1所述的医用钛合金棒材，其特征在于：涂层喷涂原料组成为(重量份)：氧化钛粉：70份，金属银粉：0.35份；硅灰石粉：18份；氧化银粉：0.2份；硼化钛粉：3份。
3.如权利要求2所述的医用钛合金棒材，其特征在于：酸洗液组成为（重量）：采取98％浓硫酸25份，36.5％的HCl 7份，双烷基咪唑啉季铵盐1.5份，乙二胺1.4份，水45份；钝化处理液为：浓度为160g/l的硝酸钠，22g/l的氟化钠的水溶液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510476616.0A CN105031719B (zh) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | 一种医用钛合金棒材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510476616.0A CN105031719B (zh) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | 一种医用钛合金棒材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105031719A CN105031719A (zh) | 2015-11-11 |
| CN105031719B true CN105031719B (zh) | 2018-05-08 |
Family
ID=54439071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510476616.0A Expired - Fee Related CN105031719B (zh) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | 一种医用钛合金棒材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105031719B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106695064B (zh) * | 2015-11-13 | 2018-11-06 | 中国科学院金属研究所 | 一种优化亚稳态钛合金强韧性匹配的方法 |
| CN107740124B (zh) * | 2017-09-29 | 2019-03-01 | 中国航发航空科技股份有限公司 | 一种航空发动机风扇内机匣单元钛合金α层的去除工艺 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB782564A (en) * | 1952-12-22 | 1957-09-11 | Rem Cru Titanium Inc | Improvements in or relating to titanium-aluminium base alloys |
| CN1686643A (zh) * | 2005-05-19 | 2005-10-26 | 河北工业大学 | 表面有TiO2涂层的钛合金生物医学复合材料及其制备方法 |
| CN1932059A (zh) * | 2006-09-29 | 2007-03-21 | 北京科技大学 | 一种模量可调型矫牙用钛合金及其制备工艺 |
| CN101709474A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-05-19 | 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 | 一种钛合金的碱酸洗方法 |
| CN101724764A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-06-09 | 中南大学 | 一种生物医用β-钛合金的制备工艺 |
| CN103320734A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 医用细晶钛/钛合金棒材的生产方法 |
-
2015
- 2015-08-06 CN CN201510476616.0A patent/CN105031719B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB782564A (en) * | 1952-12-22 | 1957-09-11 | Rem Cru Titanium Inc | Improvements in or relating to titanium-aluminium base alloys |
| CN1686643A (zh) * | 2005-05-19 | 2005-10-26 | 河北工业大学 | 表面有TiO2涂层的钛合金生物医学复合材料及其制备方法 |
| CN1932059A (zh) * | 2006-09-29 | 2007-03-21 | 北京科技大学 | 一种模量可调型矫牙用钛合金及其制备工艺 |
| CN101709474A (zh) * | 2009-11-26 | 2010-05-19 | 攀钢集团江油长城特殊钢有限公司 | 一种钛合金的碱酸洗方法 |
| CN101724764A (zh) * | 2009-12-10 | 2010-06-09 | 中南大学 | 一种生物医用β-钛合金的制备工艺 |
| CN103320734A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-09-25 | 西安赛特金属材料开发有限公司 | 医用细晶钛/钛合金棒材的生产方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105031719A (zh) | 2015-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105063420B (zh) | 一种抗菌能力强的医用钛合金棒材的制备方法 | |
| CN105056297B (zh) | 一种抗菌能力强的医用钛合金棒材 | |
| CN105063422B (zh) | 一种抗菌能力强的医用石墨烯增强钛合金棒材 | |
| CN105063421B (zh) | 一种抗菌能力强的医用石墨烯增强钛合金棒材的制备方法 | |
| CN109226622A (zh) | 一种具有高强度高韧性的ta15钛合金锻件锻造成形方法 | |
| CN110158134A (zh) | 一种冷喷涂与微弧氧化相结合的工件表面处理方法 | |
| CN106702329A (zh) | 一种钛合金表面基于多弧离子镀铝的微弧氧化陶瓷涂层及其制备方法 | |
| CN105018790B (zh) | 一种医用石墨烯增强钛合金棒材的制备方法 | |
| CN105031719B (zh) | 一种医用钛合金棒材 | |
| CN105063423B (zh) | 一种医用石墨烯增强钛合金棒材 | |
| Liu et al. | Effect of post-heat treatment on the microstructure of micro-plasma sprayed hydroxyapatite coatings | |
| Yang et al. | Adhesion strength of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings on laser gas-nitrided pure titanium | |
| CN108411347A (zh) | 表面复合梯度耐磨陶瓷涂层的钛合金关节头的制备方法 | |
| CN105821247A (zh) | 一种直接用于3D打印的高强度低模量β钛合金原料及其制备方法和应用 | |
| CN107602139A (zh) | 一种熔炼钛及钛合金用坩埚的材料及坩埚的制备方法 | |
| CN104921825B (zh) | 钛质种植体的表面处理方法 | |
| CN105063424B (zh) | 一种医用钛合金棒材的制备方法 | |
| CN108677081A (zh) | 高强度螺栓的制备方法 | |
| CN108456805A (zh) | 一种用于植入骨骼的β型钛合金及其制造方法 | |
| Kang et al. | Some problems associated with thermal sprayed ha coatings: a review | |
| CN115961281B (zh) | 一种表面耐腐蚀钛合金及其制备方法 | |
| CN109652789B (zh) | 一种锅炉内壁表面的处理方法 | |
| CN109097717B (zh) | 电磁感应加热锅具及其制备方法 | |
| KR102197347B1 (ko) | 용사 코팅용 와이어의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 용사 코팅용 와이어 | |
| Rameshbabu et al. | Surface modification of CP-Ti metallic implant material by plasma electrolytic oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Silin Inventor before: Lu Chunling |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20171208 Address after: Two cross road 510655 Guangdong city of Guangzhou province Tianhe District Village No. 8 on the south side of Room 302 Applicant after: Chen Silin Address before: 075100 2, building 2, Qing Yuan Garden District, Hebei, Zhangjiakou 1702 Applicant before: Lu Chunling |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Lv Zhenchao Inventor after: Cao Xiangyang Inventor after: Guo Yanxing Inventor after: Ding Jian Inventor before: Chen Silin |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20180412 Address after: 450046 No. 100 Yongping Road, Zheng Dong New District, Zhengzhou, Henan (No. 82, Qiming South Road, Luoyang, Luoyang, China) Applicant after: Luoyang Orthopedic-Traumatological Hospital Of Henan Province(Henan Provincial Orthopedic Hospital) Address before: Two cross road 510655 Guangdong city of Guangzhou province Tianhe District Village No. 8 on the south side of Room 302 Applicant before: Chen Silin |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180508 Termination date: 20180806 |