CN112391551A - 一种生物医用钛铜合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物医用钛铜合金的制备方法，该方法包括：一、在高温条件下对电解铜粉进行氧化；二、将经氧化后的电解铜粉进行高能球磨处理得到多尺度分布的铜粉氧化物；三、将多尺度分布的铜粉氧化物进行热还原处理得到多尺度分布的铜粉；四、将多尺度分布的铜粉和钛粉进行球磨混合得到混合粉末；五、将混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金。本发明通过高温氧化降低了电解铜粉的塑性，结合高能球磨进行细化，经热还原得到多尺度分布的铜粉，再与钛粉烧结制备钛铜合金，控制了钛铜金属间化合物的形貌和尺寸，优化了钛铜金属间化合物在钛铜合金中的增强体作用，进而改善了钛铜合金的性能，使其适合于生物医用，方法简单，易于推广。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料制备技术领域，具体涉及一种生物医用钛铜合金的制备方法。
背景技术
钛及钛合金拥有优异的力学性能和较好的生物相容性，广泛应用于生物医用领域。然而，已经普及使用的纯钛和TC4等典型的医用钛合金在实际医疗应用过程中曝露出许多问题，如钛合金中V和Al对人体具有毒性和致病性，而且这些钛合金没有杀菌作用，这会使病人在植入后出现中毒和病菌感染现象。以生物医用植入的角度为出发点，开发具有抗菌功能的钛合金具有开阔的应用前景。
铜是人体不可或缺的微量元素，对人体健康有重要影响。铜元素已经被证实拥有优异的抗菌性能。钛铜二元合金在拥有优异力学性能和抗腐蚀性能的同时，还有一定的抑菌和抗菌作用，大有希望解决外科植入器引发细菌感染的问题。目前，钛铜合金的制备方法主要有熔炼和粉末冶金。但熔炼需要多次反复进行，而且熔炼温度高，制备过程复杂。粉末冶金采用的放电等离子烧结法能够准确控制材料的成分和比例，而且烧结时间短，在生物医用领域应用越来越广泛。但很少有针对性地利用放电等离子烧结法来控制钛铜合金析出相分布的研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种生物医用钛铜合金的制备方法。本发明通过高温氧化有效降低了电解铜粉的塑性，然后结合高能球磨进行细化，经热还原得到多尺度分布的铜粉，再与钛粉烧结制备钛铜合金，有效控制了钛铜金属间化合物的形貌和尺寸，优化了钛铜金属间化合物在钛铜合金中的增强体作用，进而改善了钛铜合金的性能，使其适合于生物医用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在高温条件下对电解铜粉进行氧化；
步骤二、将步骤一中经氧化后的电解铜粉进行高能球磨处理，得到多尺度分布的铜粉氧化物；
步骤三、将步骤二中得到的多尺度分布的铜粉氧化物进行热还原处理，得到多尺度分布的铜粉；
步骤四、将步骤三中得到的多尺度分布的铜粉和钛粉进行球磨混合，得到混合粉末；
步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金。
本发明首先对电解铜粉进行氧化以降解电解铜粉的塑性，然后结合高能球磨处理进行有效地球磨细化，得到多尺度分布的铜粉氧化物，将热还原得到多尺度分布的铜粉，再与钛粉球磨混合均匀后进行放电等离子烧结成型，得到钛铜合金，同时生成多尺度的钛铜金属间化合物，实现对钛铜金属间化合物形貌和尺寸的控制，优化了钛铜金属间化合物在钛铜合金中的增强体作用，进而改善了钛铜合金的性能，使其适合于生物医用。
上述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化的温度为250℃~400℃。该优选的氧化温度在电解铜粉表面形成氧化膜，且避免了粉末之间的聚集结块。
上述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述高能球磨处理采用的转速为450rpm，时间为4h。
上述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述球磨混合采用的转速为200rpm，时间为3h。
上述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述多尺度分布的铜粉的质量为多尺度分布的铜粉和钛粉总质量的1%~14%。
上述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤五中所述放电等离子烧结的温度为900℃~1200℃，压力为40MPa~120MPa，保温时间为30min~120min。该优选工艺参数制备的钛铜合金材料结构致密无空隙，有利于提高钛铜合金的生物医用性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过高温氧化有效降低了电解铜粉的塑性，然后结合高能球磨进行细化，经热还原得到多尺度分布的铜粉，再与钛粉烧结制备钛铜合金，有效控制了钛铜金属间化合物的形貌和尺寸，优化了钛铜金属间化合物在钛铜合金中的增强体作用，进而改善了钛铜合金的性能，使其适合于生物医用。
2、本发明通过控制放电等离子烧结的温度和时间，控制了钛铜合金中钛铜金属间化合物的数量，且有利于保证钛铜合金中钛铜金属间化合物的分布位置，有利于发挥钛铜金属间化合物在钛铜合金中的增强体作用。
3、本发明的制备过程简单，易于实现，适宜推广应用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的混合粉末的SEM图。
图2为本发明实施例1制备的钛铜合金的SEM图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在大气环境、250℃下对100g电解铜粉进行氧化5h，使得电解铜粉表面生成一层氧化膜；
步骤二、将步骤一中经氧化后的电解铜粉和乙醇在转速450rpm下进行高能球磨处理4h，得到多尺度分布的铜粉氧化物；
步骤三、将10.48g步骤二中得到的多尺度分布的铜粉氧化物在还原气氛、400℃条件下进行热还原处理40min，得到多尺度分布的铜粉；所述还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气；
步骤四、将10g步骤三中得到的多尺度分布的铜粉和190g钛粉在转速200rpm下进行球磨混合3h，得到混合粉末；
步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金；所述放电等离子烧结的温度为1000℃，压力为40MPa，保温时间为30min。
图1为本实施例制备的混合粉末的SEM图，从图1可以看出，混合粉末中铜粉粘附在钛粉表面，说明采用高温氧化有效降低了电解铜粉的塑性，使其更易与钛粉混合。
图2为本实施例制备的钛铜合金的SEM图，从图2可以看出，钛铜合金中钛铜金属间化合物呈现不均匀分布。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在大气环境、300℃下对100g电解铜粉进行氧化5h，使得电解铜粉表面生成一层氧化膜；
步骤二、将步骤一中经氧化后的电解铜粉和乙醇在转速450rpm下进行高能球磨处理4h，得到多尺度分布的铜粉氧化物；
步骤三、将2.1g步骤二中得到的多尺度分布的铜粉氧化物在还原气氛、400℃条件下进行热还原处理40min，得到多尺度分布的铜粉；所述还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气；
步骤四、将2g步骤三中得到的多尺度分布的铜粉和198g钛粉在转速200rpm下进行球磨混合3h，得到混合粉末；
步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金；所述放电等离子烧结的温度为900℃，压力为80MPa，保温时间为75min。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、在大气环境、400℃下对100g电解铜粉进行氧化5h，使得电解铜粉表面生成一层氧化膜；
步骤二、将步骤一中经氧化后的电解铜粉和乙醇在转速450rpm下进行高能球磨处理4h，得到多尺度分布的铜粉氧化物；
步骤三、将29.34g步骤二中得到的多尺度分布的铜粉氧化物在还原气氛、400℃条件下进行热还原处理40min，得到多尺度分布的铜粉；所述还原气氛为氢气体积浓度8%的氢氩混合气；
步骤四、将28g步骤三中得到的多尺度分布的铜粉和172g钛粉在转速200rpm下进行球磨混合3h，得到混合粉末；
步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金；所述放电等离子烧结的温度为1200℃，压力为120MPa，保温时间为120min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在高温条件下对电解铜粉进行氧化；
步骤二、将步骤一中经氧化后的电解铜粉进行高能球磨处理，得到多尺度分布的铜粉氧化物；
步骤三、将步骤二中得到的多尺度分布的铜粉氧化物进行热还原处理，得到多尺度分布的铜粉；
步骤四、将步骤三中得到的多尺度分布的铜粉和钛粉进行球磨混合，得到混合粉末；
步骤五、将步骤四中得到的混合粉末进行放电等离子烧结，得到钛铜合金。
2.根据权利要求1所述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤一中所述氧化的温度为250℃~400℃。
3.根据权利要求1所述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤二中所述高能球磨处理采用的转速为450rpm，时间为4h。
4.根据权利要求1所述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述球磨混合采用的转速为200rpm，时间为3h。
5.根据权利要求1所述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤四中所述多尺度分布的铜粉的质量为多尺度分布的铜粉和钛粉总质量的1%~14%。
6.根据权利要求1所述的一种生物医用钛铜合金的制备方法，其特征在于，步骤五中所述放电等离子烧结的温度为900℃~1200℃，压力为40MPa~120MPa，保温时间为30min~120min。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| 美国金属学会: "《金属手册 第九版 第七卷 粉末冶金》", 30 June 1994, 机械工业出版社 * |
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