CN105821324A - 一种骨科合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种骨科合金材料及其制备方法，所述的合金材料包括Ti 5.5wt%‑11wt%、Mg2.0wt%‑3.8wt%、Co0.5wt%‑1.0wt%、Cr0.3wt%‑0.8wt%、Sr0.1wt%‑0.3wt%、Sc0.2wt%‑0.4wt%、Nb0.2wt%‑0.6wt%、V0.1wt%‑0.3wt%、C3.2wt%‑6.5wt%、余量为Fe；制备方法包括以下步骤：（1）将以上的成分进行充分的混料；（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。

Description

一种骨科合金材料及其制备方法
技术领域
本发明属于合金新材料领域，涉及一种骨科合金材料及其制备方法。
背景技术
骨科内固定材料是许多骨折病人手术时需要用到的手术器材。目前在临床上应用的传统骨科内固定材料主要有不锈钢系列、钴铬钼合金、钛和钛合金等，这些都是永久性植入材料。 不锈钢系列均为奥氏体的铁基合金。以奥氏体不锈钢为基础，再加入钛元素，使材料具有较高的抗腐蚀性能。加入了钼元素，并相应地减少硫、磷等杂质，从而提高了材料的硬度和耐腐蚀性。镍在不锈钢中的主要性能是防锈、抗腐蚀、提高材料的韧性。用于骨科合金的基础材料还需要具备优良的抗压强度和抗拉伸强度。
发明内容
要解决的技术问题：骨科合金在医学领域的用途非常广泛，本发明的目的是公开一种具有优良的抗冲击性能和抗压强度的骨科合金材料及其制备方法，提高骨科合金材料的稳定性。
技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了一种骨科合金材料，所述的骨科合金材料包括下述重量百分比的成分：
Ti 5.5wt%-11wt%、
Mg 2.0wt%-3.8wt%、
Co 0.5wt%-1.0wt%、
Cr 0.3wt%-0.8wt%、
Sr 0.1wt%-0.3wt%、
Sc 0.2wt%-0.4wt%、
Nb 0.2wt%-0.6wt%、
V 0.1wt%-0.3wt%、
C 3.2wt%-6.5wt%、
余量为Fe。
优选的，所述的骨科合金材料包括下述重量百分比的成分：
Ti 7.5wt%-10wt%、
Mg 2.5wt%-3.5wt%、
Co 0.6wt%-0.9wt%、
Cr 0.4wt%-0.7wt%、
Sr 0.2wt%-0.3wt%、
Sc 0.2wt%-0.3wt%、
Nb 0.3wt%-0.5wt%、
V 0.1wt%-0.2wt%、
C 3.7wt%-5.5wt%、
余量为Fe。
一种骨科合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 5.5wt%-11wt%、Mg2.0wt%-3.8wt%、Co0.5wt%-1.0wt%、Cr0.3wt%-0.8wt%、Sr0.1wt%-0.3wt%、Sc0.2wt%-0.4wt%、Nb0.2wt%-0.6wt%、V0.1wt%-0.3wt%、C3.2wt%-6.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为30-50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1010-1050℃，熔炼2-3h，再保持升温速率不变升高至1550-1690℃，熔炼2-3h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
优选的，所述的一种骨科合金材料的制备方法，所述的步骤（2）中升温速率为40℃/min。
优选的，所述的一种骨科合金材料的制备方法，所述的步骤（2）中先升高至真空熔炼温度为1030℃，熔炼3h。
优选的，所述的一种骨科合金材料的制备方法，所述的步骤（2）中再保持升温速率不变升高至1610℃，熔炼2h。
有益效果：本发明制备的骨科合金材料制备工艺较为简单，并且制备得到的骨科合金材料也具备了优良的抗冲击和抗压的性能，克服了常规的骨科合金的缺陷，用于一些人工关节、骨科替代性材料中具有非常好的前景。
具体实施方式
实施例1
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 5.5wt%、Mg3.8wt%、Co1.0wt%、Cr0.3wt%、Sr0.3wt%、Sc0.2wt%、Nb0.2wt%、V0.3wt%、C6.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1050℃，熔炼3h，再保持升温速率不变升高至1550℃，熔炼2h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
实施例1制备的骨科合金材料的抗压强度为799MPa，拉伸强度为645MPa，冲击韧性为18.6J/cm2。
实施例2
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 11wt%、Mg2.0wt%、Co0.5wt%、Cr0.8wt%、Sr0.1wt%、Sc0.4wt%、Nb0.6wt%、V0.1wt%、C3.2wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为30℃/min，先升高至真空熔炼温度为1010℃，熔炼2h，再保持升温速率不变升高至1690℃，熔炼3h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
实施例2制备的骨科合金材料的抗压强度为786MPa，拉伸强度为639MPa，冲击韧性为17.9J/cm2。
实施例3
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 10wt%、Mg3.5wt%、Co0.6wt%、Cr0.7wt%、Sr0.3wt%、Sc0.2wt%、Nb0.3wt%、V0.2wt%、C5.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1050℃，熔炼3h，再保持升温速率不变升高至1550℃，熔炼2h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
实施例3制备的骨科合金材料的抗压强度为805MPa，拉伸强度为652MPa，冲击韧性为18.9J/cm2。
实施例4
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 7.5wt%、Mg2.5wt%、Co0.9wt%、Cr0.4wt%、Sr0.2wt%、Sc0.3wt%、Nb0.5wt%、V0.1wt%、C3.7wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为30℃/min，先升高至真空熔炼温度为1010℃，熔炼2h，再保持升温速率不变升高至1690℃，熔炼3h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
实施例4制备的骨科合金材料的抗压强度为808MPa，拉伸强度为656MPa，冲击韧性为19.1J/cm2。
实施例5
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 8.5wt%、Mg3wt%、Co0.8wt%、Cr0.6wt%、Sr0.2wt%、Sc0.3wt%、Nb0.4wt%、V0.1wt%、C4.4wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为40℃/min，先升高至真空熔炼温度为1030℃，熔炼3h，再保持升温速率不变升高至1610℃，熔炼2h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
实施例5制备的骨科合金材料的抗压强度为826MPa，拉伸强度为684MPa，冲击韧性20.6J/cm2。
对比例1
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 5.5wt%、Mg3.8wt%、Co1.0wt%、Cr0.3wt%、Nb0.2wt%、V0.3wt%、C6.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1050℃，熔炼3h，再保持升温速率不变升高至1550℃，熔炼2h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
对比例1制备的骨科合金材料的抗压强度为704MPa，拉伸强度为603MPa，冲击韧性为13.2J/cm2。
对比例2
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 5.5wt%、Mg3.8wt%、Co1.0wt%、Cr0.3wt%、Sr0.3wt%、Sc0.2wt%、C6.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1050℃，熔炼3h，再保持升温速率不变升高至1550℃，熔炼2h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
对比例2制备的骨科合金材料的抗压强度为699MPa，拉伸强度为601MPa，冲击韧性为13.0J/cm2。

Claims (6)

1.一种骨科合金材料，其特征在于，所述的骨科合金材料包括下述重量百分比的成分：
Ti 5.5wt%-11wt%、
Mg 2.0wt%-3.8wt%、
Co 0.5wt%-1.0wt%、
Cr 0.3wt%-0.8wt%、
Sr 0.1wt%-0.3wt%、
Sc 0.2wt%-0.4wt%、
Nb 0.2wt%-0.6wt%、
V 0.1wt%-0.3wt%、
C 3.2wt%-6.5wt%、
余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的一种骨科合金材料，其特征在于，所述的骨科合金材料包括下述重量百分比的成分：
Ti 7.5wt%-10wt%、
Mg 2.5wt%-3.5wt%、
Co 0.6wt%-0.9wt%、
Cr 0.4wt%-0.7wt%、
Sr 0.2wt%-0.3wt%、
Sc 0.2wt%-0.3wt%、
Nb 0.3wt%-0.5wt%、
V 0.1wt%-0.2wt%、
C 3.7wt%-5.5wt%、
余量为Fe。
3.一种骨科合金材料的制备方法，其特征在于所述的骨科合金材料的制备方法包括以下步骤：
（1）按以下重量百分比分别取下述原料Ti 5.5wt%-11wt%、Mg2.0wt%-3.8wt%、Co0.5wt%-1.0wt%、Cr0.3wt%-0.8wt%、Sr0.1wt%-0.3wt%、Sc0.2wt%-0.4wt%、Nb0.2wt%-0.6wt%、V0.1wt%-0.3wt%、C3.2wt%-6.5wt%、余量为Fe，将以上的成分进行充分的混料；
（2）将步骤（1）混料后的金属材料投入真空熔炼炉中，升高温度进行真空熔炼，升温速率为30-50℃/min，先升高至真空熔炼温度为1010-1050℃，熔炼2-3h，再保持升温速率不变升高至1550-1690℃，熔炼2-3h，真空熔炼后热压为合金锭，将合金锭冷却，冷却后为制备的骨科合金材料。
4.根据权利要求3所述的一种骨科合金材料的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）中升温速率为40℃/min。
5.根据权利要求3所述的一种骨科合金材料的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）中先升高至真空熔炼温度为1030℃，熔炼3h。
6.根据权利要求3所述的一种骨科合金材料的制备方法，其特征在于所述的步骤（2）中再保持升温速率不变升高至1610℃，熔炼2h。
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