CN113088759A - 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法 - Google Patents

一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113088759A
CN113088759A CN202110399474.8A CN202110399474A CN113088759A CN 113088759 A CN113088759 A CN 113088759A CN 202110399474 A CN202110399474 A CN 202110399474A CN 113088759 A CN113088759 A CN 113088759A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
titanium alloy
beta
biomedical
type titanium
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.)
Pending
Application number
CN202110399474.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郭志君
孙纯纯
蔡变云
张金勇
徐欢
沈宝龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN202110399474.8A priority Critical patent/CN113088759A/zh
Publication of CN113088759A publication Critical patent/CN113088759A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16—Remelting metals
    • C22B9/20—Arc remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法，属于医用钛合金材料制备技术领域，合金包含Mo 0‑15wt.％、Zr0‑20wt.％，且Mo和Zr不同时为0；剩余部分为Ti及不可避免的杂质，采用真空感应电弧熔炼+均质化处理+固溶处理复合处理工艺，工艺简单，钛合金经固溶淬火处理后的压缩弹性模量为45～60GPa，压缩屈服强度为400～840MPa。本发明的合金中Mo和Zr均为高生物活性的元素，对人体无毒无害，安全可靠，且能在保证材料具有足够强度的同时降低合金的弹性模量，合金耐腐蚀性良好，能够完全满足生物医用金属材料的要求，尤其是骨科、牙科种植体等人体硬组织修复与替换领域。

Description

一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及医用钛合金材料制备技术领域，特别是涉及一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法。
背景技术
钛及钛合金具有比强度高、弹性模量低、耐蚀性强及生物相容性好等特性被广泛应用于生物医学领域。钛合金的研究发展历程大致分为三个阶段，第一阶段主要为纯钛和Ti-6Al-4V，第二阶段为α+β型合金，以Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb为代表，第三阶段则为β型和亚稳β型钛合金，如Ti-12Mo-3Nb、Ti-25Nb-(8-15)Sn等；其中纯钛和α+β型Ti-6Al-4V合金被广泛应用于矫形外科假体和牙种植领域，但因其弹性模量(约为110GPa)远高于人体骨(20-30GPa)，植入人体后易引起长期“应力屏蔽和应力刺激(Stress shielding effect)”，造成植入体周围骨组织吸收或萎缩，此外，合金中Al和V离子的缓慢释放会导致神经退行性疾病。
与α型、α+β型钛合金相比，β型钛合金具有较高比强度、较低弹性模量、高塑性、优良的耐腐蚀性及耐磨性能，从而使其在生物医用领域得到迅速发展，尤其当β型钛合金中含有Mo、Zr、Nb、Ta和Sn等无毒无害元素时，β钛合金具有更优异的生物相容性，并可在不同程度上改善合金的力学性能、耐磨性能。因此，研制和使用具有低模量、高强度高生物活性的生物医用β型钛合金是目前国内外研究的热点。
现有的生物医用β型钛合金相关制备工艺包括：
(1)申请号为201010217090.1的中国专利，公开了一种通过非自耗电弧熔炼法制备的Ti-Mo-Nb-Zr-Sn的低Nb含量生物医用β型钛合金，该合金塑性好，对人体无毒，但其弹性模量在58-70GPa，弹性模量依然较高，且多种元素由于熔点不同，制备均匀的合金所需工艺复杂，此外，不能明确分析合金不同元素及其含量对合金综合力学性能、耐腐蚀性能优劣的影响。
(2)申请号为201710704920.5的中国专利，公开了一种经过熔炼、锻造、固溶和时效处理后制备的Ti-Al-Fe-V合金，该合金含有大量β稳定元素Fe，具有低成本、高强度高塑性特征，但其合金成分中含有V，而V离子的缓慢释放会导致神经退行性疾病。
(3)申请号为201910084021.9的中国专利，公开了一种通过研磨原料、压制、高温烧结工艺制备的β型Ti-27Nb-6Zr-Mo合金，该合金弹性模量为42GPa，抗压强度为760MPa，耐腐蚀性显著提高，但该合金成分种类较多，制备均匀的合金所需工艺复杂。
基于生物医用β型钛合金的上述现状，提供一种制备工艺简单，同时合金组成元素对人体无害、弹性模量较低的生物医用β型钛合金是目前需要解决的一大技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使β型钛合金的合金组成元素种类少、含量低，且对人体无害、弹性模量较低，同时使得β型钛合金的制备方法简单。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种生物医用β型钛合金，包括以下百分含量的金属元素：Mo 0-15wt.％、Zr 0-20wt.％，且Mo和Zr不同时为0；剩余部分为Ti及不可避免的杂质。
进一步地，每种所述金属元素的纯度≥99.5％
本发明还提供一种上述生物医用β型钛合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量比分别称取Ti、Mo、Zr金属原料，清洗干燥；
(2)将清洗干燥后的各金属原料按熔点由低到高的顺序加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在氩气氛围保护环境下熔炼制得合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭进行均质化热处理，淬火；
(4)将均质化后的合金铸锭进行固溶热处理，水冷，即得生物医用β型钛合金。
进一步地，步骤(3)中，所述均质化处理的参数为：升温速率为5～10℃/min,真空度为1.0×10-3～5.0×10-3Pa，经900℃均质化处理10-24h。
进一步地，步骤(4)中，所述固溶热处理的具体参数为：升温速率为5～10℃/min,真空度为1.0×10-3～5.0×10-3Pa，经900℃固溶处理30-60min。
本发明公开了以下技术效果：
1.本发明提出的低模量无毒无害生物医用β型钛合金，以β相稳定元素Mo、中性元素Zr及Ti为组成元素，组成元素种类较少，合金制备工艺简单，组成成分可控，可有效探明不同合金元素含量对其性能的影响。
2.元素Mo是钛合金形成的强有力的β稳定剂，可显著降低Ti-Mo合金的杨氏模量，提高其耐蚀性并具有一定程度的生物相容性；Zr与Ti属于同一IVB族，具有相似的物理化学性质，Zr能提高Ti-Zr合金的机械强度和生物相容性；Mo、Zr与细胞接触时不会出现任何细胞毒性反应，对人体无毒无害，通过结合两种合金元素，Ti-Mo-Zr合金有望广泛应用在骨科、牙科等人体硬组织修复与替换的生物医用领域。
3.本发明提出了真空感应电弧熔炼+均质化热处理+固溶处理的复合制备工艺，该工艺操作简单，周期较短，制备的合金可进一步实现合金的组织成分可控，并可在保持合金材料具有足够强度的同时有效降低合金的弹性模量，提高耐腐蚀性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明合金的XRD图；
图2为本发明合金的金相显微图；其中，a为实施例1的Ti-12Mo合金的金相显微图；b为实施例2的Ti-12Mo-10Zr合金的金相显微图；c为实施例3的Ti-13Mo合金的金相显微图；d为实施例4的Ti-18Zr-13Mo合金的金相显微图。
图3为本发明合金的应力-应变曲线图；
图4为本发明合金的动电位极化曲线图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中金属原料的纯度≥99.5％。
实施例1制备Ti-12Mo合金
(1)首先按照Ti-(12wt.％)Mo的重量比分别称取Ti、Mo金属原料，进行清洗干燥去除氧化皮；
(2)依次将清洗干燥后的Ti、Mo加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在高纯氩气氛围保护环境下反复进行五次熔炼制得重量为1kg，厚度为58mm碗状合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭置入垂直管式真空热处理炉中进行均质化热处理，升温速率为10℃/min，真空度为1.0×10-3Pa，经900℃均质化处理10h随后快速水淬火；
(4)将均质化后的合金铸锭线切割成5mm×5mm×10mm压缩试样以及10mm×10mm×2mm的电化学试样，置入垂直管式真空淬火炉中进行固溶热处理，升温速率为10℃/min，真空度为1.0×10-3Pa，经900℃固溶热处理30min后随即快速水冷。
本实施例合金试样的分析：
a.将固溶处理后的5mm×5mm×10mm试样依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，然后用乙醇、超声波清洗器清洗干燥后，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光至镜面。
b.使用Cu靶Kα辐射(λ＝0.1506nm)，在40kV和30mA的2θ扫描范围20～90°，步长0.02°条件下，用X射线衍射仪(德国Bruker，XRD，D8 ADVANCE)分析本实施例Ti-12Mo合金的物相组成，结果如图1所示。
c.将抛光后的合金试样，采用HF:HNO3:H2O＝1:3:5的腐蚀液腐蚀，以去除沉淀显露晶界。采用GX53-OLYMPUS金相显微镜进行组织观察，结果如图2(a)所示。
d.将研磨清洗干燥后的压缩试样在室温下在INSTRON 5982万能试验机上进行压缩试验，应变速率选用1×10-3s-1，应力-应变曲线如图3所示。从应力-应变曲线上测定本实施例合金的压缩屈服强度，并根据应力-应变曲线计算Ti-12Mo合金的弹性模量，结果如表1所示。
e.将固溶处理后的电化学试样通过导电铜带连接合金表面之后用环氧树脂镶嵌，暴露面积为1cm2，依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目及2500目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光后用乙醇在超声波清洗器中清洗，干燥，将处理好的试样在用HCl和NaOH调节为PH＝4的酸性磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)电解质溶液中浸泡0.5h，准备在美国Gamry三电极(饱和甘汞电极、铂片电极和待测工作电极)体系电化学工作站上进行电化学测试。
f.在电解质溶液中浸泡0.5h后，用电化学工作站监测开路电位(OCP)值，直到其稳定(2h)，电化学测试均在OCP下进行。
g.浸泡在酸性PBS缓冲液中稳定后的合金试样在偏振从-1V到3.5V，扫描速率为1mv/s的条件下进行动电位极化试验，并用Gamry Instruments Framework软件对结果进行分析，动电位极化曲线如图4所示，计算自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，结果如表2所示。
实施例2制备Ti-12Mo-10Zr合金
(1)首先按照Ti-(12wt.％)Mo-(10wt.％)Zr的重量比分别称取Ti、Mo、Zr金属原料，进行清洗干燥去除氧化皮。
(2)依次将清洗干燥后的Ti、Zr、Mo加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在高纯氩气氛围保护环境下反复进行五次熔炼制得重量为1kg，厚度为55mm碗状合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭置入垂直管式真空热处理炉中进行均质化热处理，升温速率为5℃/min,真空度为3.0×10-3Pa，经900℃均质化处理15h随后快速水淬火；
(4)将均质化后的合金铸锭线切割成5mm×5mm×10mm压缩试样以及10mm×10mm×2mm的电化学试样，置入垂直管式真空淬火炉中进行固溶热处理，升温速率为10℃/min，真空度为3.0×10-3Pa，经900℃固溶热处理40min后随即快速水冷。
对本实施例合金试样分析
a.将固溶处理后的5mm×5mm×10mm试样依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，然后用乙醇、超声波清洗器清洗干燥后，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光至镜面。
b.使用Cu靶Kα辐射(λ＝0.1506nm)，在40kV和30mA的2θ扫描范围20～90°，步长0.02°条件下，用X射线衍射仪(德国Bruker，XRD，D8 ADVANCE)分析Ti-12Mo-10Zr合金的物相组成，结果如图1所示。
c.将抛光后的合金试样，采用HF:HNO3:H2O＝1:3:5的腐蚀液腐蚀，以去除沉淀显露晶界。采用GX53-OLYMPUS金相显微镜进行组织观察，结果如图2(b)所示。
d.将研磨清洗干燥后的压缩试样在室温下在INSTRON 5982万能试验机上进行压缩试验，应变速率选用1×10-3s-1。从应力-应变曲线上测定本实施例Ti-12Mo-10Zr合金的压缩屈服强度，并根据应力-应变曲线计算Ti-12Mo-10Zr合金的弹性模量，结果如图3和表1所示。
e.将固溶处理后的电化学试样通过导电铜带连接合金表面之后用环氧树脂镶嵌，暴露面积为1cm2，依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目及2500目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光后用乙醇在超声波清洗器中清洗，干燥，将处理好的试样在用HCl和NaOH调节为PH＝4的酸性磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)电解质溶液中浸泡0.5h，准备在美国Gamry三电极(饱和甘汞电极、铂片电极和待测工作电极)体系电化学工作站上进行电化学测试。
f.在电解质溶液中浸泡0.5h后，用电化学工作站监测开路电位(OCP)值，直到其稳定(2h)，电化学测试均在OCP下进行。
g.浸泡在酸性PBS缓冲液中稳定后的合金试样在偏振从-1V到3.5V，扫描速率为1mv/s的条件下进行动电位极化试验，并用Gamry Instruments Framework软件对结果进行分析，计算自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，结果如图4及表2所示。
实施例3制备Ti-13Mo合金
(1)首先按照Ti-(13wt.％)Mo的重量比分别称取Ti、Mo金属原料，进行清洗干燥去除氧化皮。
(2)依次将清洗干燥后的Ti、Mo加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在高纯氩气氛围保护环境下反复进行五次熔炼制得重量为100g，平均厚度为23mm的纽扣状合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭置入垂直管式真空热处理炉中进行均质化热处理，升温速率为8℃/min,真空度为2.0×10-3Pa，经900℃均质化处理20h随后快速水淬火；
(4)将合金铸锭线切割成5mm×5mm×10mm压缩试样以及10mm×10mm×2mm的电化学试样，置入垂直管式真空淬火炉中进行固溶热处理，升温速率为8℃/min，真空度为2.0×10-3Pa，经900℃固溶热处理50min后随即快速水冷。
对本实施例合金试样分析
a.将固溶处理后的5mm×5mm×10mm试样依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，然后用乙醇、超声波清洗器清洗干燥后，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光至镜面。
b.使用Cu靶Kα辐射(λ＝0.1506nm)，在40kV和30mA的2θ扫描范围20～90°，步长0.02°条件下，用X射线衍射仪(德国Bruker，XRD，D8 ADVANCE)分析Ti-13Mo合金的物相组成，结果如图1所示。
c.将抛光后的合金试样，采用HF:HNO3:H2O＝1:3:5的腐蚀液腐蚀，以去除沉淀显露晶界。采用GX53-OLYMPUS金相显微镜进行组织观察，结果如图2(c)所示。
d.将研磨清洗干燥后的压缩试样在室温下在INSTRON 5982万能试验机上进行压缩试验，应变速率选用1×10-3s-1。从应力-应变曲线上测定本实施例Ti-13Mo合金的压缩屈服强度，并根据应力-应变曲线计算Ti-13Mo合金的弹性模量，结果如图3和表1所示。
e.将固溶处理后的电化学试样通过导电铜带连接合金表面之后用环氧树脂镶嵌，暴露面积为1cm2，依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目及2500目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光后用乙醇在超声波清洗器中清洗，干燥，将处理好的试样在用HCl和NaOH调节为PH＝4的酸性磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)电解质溶液中浸泡0.5h，准备在美国Gamry三电极(饱和甘汞电极、铂片电极和待测工作电极)体系电化学工作站上进行电化学测试。
f.在电解质溶液中浸泡0.5h后，用电化学工作站监测开路电位(OCP)值，直到其稳定(2h)，电化学测试均在OCP下进行。
g.浸泡在酸性PBS缓冲液中稳定后的合金试样在偏振从-1V到3.5V，扫描速率为1mv/s的条件下进行动电位极化试验，并用Gamry Instruments Framework软件对结果进行分析，计算自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，结果如图4及表2所示。
实施例4：制备Ti-18Zr-13Mo合金
(1)首先按照Ti-(13wt.％)Mo-(18wt.％)Zr的重量比分别称取Ti、Mo、Zr金属原料，进行清洗干燥去除氧化皮。
(2)依次将清洗干燥后的Ti、Zr、Mo加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在高纯氩气氛围保护环境下反复进行五次熔炼制得重量为1kg，厚度为60mm碗状合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭置入垂直管式真空热处理炉中进行均质化热处理，升温速率为10℃/min,真空度为2.7×10-3Pa，经900℃均质化处理24h随后快速水淬火；
(4)将均质化后的合金铸锭线切割成5mm×5mm×10mm压缩试样以及10mm×10mm×2mm的电化学试样，置入垂直管式真空淬火炉中进行固溶热处理，升温速率为10℃/min，真空度为2.7×10-3Pa，经900℃固溶热处理30min后随即快速水冷。
对本实施例合金试样分析
a.将固溶处理后的5mm×5mm×10mm试样依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，然后用乙醇、超声波清洗器清洗干燥后，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光至镜面。
b.使用Cu靶Kα辐射(λ＝0.1506nm)，在40kV和30mA的2θ扫描范围20～90°，步长0.02°条件下，用X射线衍射仪(德国Bruker，XRD，D8 ADVANCE)分析Ti-12Mo-10Zr合金的物相组成，结果如图1所示。
c.将抛光后的合金试样，采用HF:HNO3:H2O＝1:3:5的腐蚀液腐蚀，以去除沉淀显露晶界。采用GX53-OLYMPUS金相显微镜进行组织观察，结果如图2(d)所示。
d.将研磨清洗干燥后的压缩试样在室温下在INSTRON 5982万能试验机上进行压缩试验，应变速率选用1×10-3s-1。从应力-应变曲线上测定本实施例Ti-18Zr-13Mo合金的压缩屈服强度，并根据应力-应变曲线计算Ti-18Zr-13Mo合金的弹性模量，结果如图3和表1所示。
e.将固溶处理后的电化学试样通过导电铜带连接合金表面之后用环氧树脂镶嵌，暴露面积为1cm2，依次用320目、600目、800目、1000目、1500目、2000目及2500目的碳化硅(SiC)砂纸研磨，用金刚石抛光膏(2.5μm和1.5μm)抛光后用乙醇在超声波清洗器中清洗，干燥，将处理好的试样在用HCl和NaOH调节为PH＝4的酸性磷酸盐缓冲盐溶液(PBS)电解质溶液中浸泡0.5h，准备在美国Gamry三电极(饱和甘汞电极、铂片电极和待测工作电极)体系电化学工作站上进行电化学测试。
f.在电解质溶液中浸泡0.5h后，用电化学工作站监测开路电位(OCP)值，直到其稳定(2h)，电化学测试均在OCP下进行。
g.浸泡在酸性PBS缓冲液中稳定后的合金试样在偏振从-1V到3.5V，扫描速率为1mv/s的条件下进行动电位极化试验，并用Gamry Instruments Framework软件对结果进行分析，计算自腐蚀电位和自腐蚀电流密度，结果如图4及表2所示。
表1
Figure BDA0003019557600000131
表2
合金 自腐蚀电位Ecorr/V 自腐蚀电流密度Icorr/×10<sup>-6</sup>A·cm<sup>2</sup>
Ti-12Mo -0.3616 1.23
Ti-12Mo-10Zr -0.3292 1.52
Ti-13Mo -0.3649 1.66
Ti-18Zr-13Mo -0.3867 1.61
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种生物医用β型钛合金，其特征在于，包括以下百分含量的金属元素：Mo 0-15wt.％、Zr 0-20wt.％，且Mo和Zr不同时为0；剩余部分为Ti及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的生物医用β型钛合金，其特征在于，每种所述金属元素的纯度≥99.5％。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的生物医用β型钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照重量比分别称取Ti、Mo、Zr金属原料，清洗干燥；
(2)将清洗干燥后的各金属原料按熔点由低到高的顺序加入真空感应电弧熔炼炉中压制成电极，在氩气氛围保护环境下熔炼制得合金铸锭；
(3)将熔炼好的铸锭进行均质化热处理，淬火；
(4)将均质化后的合金铸锭进行固溶热处理，水冷，即得生物医用β型钛合金。
4.根据权利要求3所述的生物医用β型钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述均质化处理的参数为：升温速率为5～10℃/min,真空度为1.0×10-3～5.0×10-3Pa，经900℃均质化处理10-24h。
5.根据权利要求3所述的生物医用β型钛合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述固溶热处理的具体参数为：升温速率为5～10℃/min,真空度为1.0×10-3～5.0×10-3Pa，经900℃固溶处理30-60min。
CN202110399474.8A 2021-04-14 2021-04-14 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法 Pending CN113088759A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110399474.8A CN113088759A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110399474.8A CN113088759A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113088759A true CN113088759A (zh) 2021-07-09

Family

ID=76677227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110399474.8A Pending CN113088759A (zh) 2021-04-14 2021-04-14 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113088759A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114622112A (zh) * 2022-03-15 2022-06-14 东北大学 一种高冲击韧性钛合金及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040186551A1 (en) * 2003-01-17 2004-09-23 Xtent, Inc. Multiple independent nested stent structures and methods for their preparation and deployment
CN105208964A (zh) * 2013-03-13 2015-12-30 终极线体公司 具有非性线可压接正畸止动件的弓丝组件和制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040186551A1 (en) * 2003-01-17 2004-09-23 Xtent, Inc. Multiple independent nested stent structures and methods for their preparation and deployment
CN105208964A (zh) * 2013-03-13 2015-12-30 终极线体公司 具有非性线可压接正畸止动件的弓丝组件和制造方法
US20160015481A1 (en) * 2013-03-13 2016-01-21 Ultimate Wireforms, Inc. Archwire Assembly With Non-Linear Crimpable Orthodontic Stop and Method of Manufacture

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D.R.N. CORREA ET. AL.: "Development of Ti-15Zr-Mo alloys for applying as implantable biomedical devices", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
NILSON T.C ET. AL.: ""Development of Ti–Mo alloys for biomedical applications"", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114622112A (zh) * 2022-03-15 2022-06-14 东北大学 一种高冲击韧性钛合金及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100971649B1 (ko) 저탄성계수를 갖는 베타계 타이타늄 합금
CN103740982B (zh) 一种低弹性模量亚稳β钛合金及制备方法
CN101215655B (zh) 亚稳β型Ti-Nb-Ta-Zr-O合金及其制备方法
CN101768685B (zh) 一种生物医用钛铌基形状记忆合金及其制备、加工和应用方法
WO2005064026A1 (fr) Alliages ti a faible module et super-elasticite, procede de production correspondant
CN112251639B (zh) 一种高强度抗菌钛合金棒材、丝材及其制备方法
CN113088759A (zh) 一种低模量无毒无害生物医用β型钛合金及其制备方法
CN101760668B (zh) 一种低弹性模量的生物医用钛合金
CN112176220A (zh) 一种高强韧耐蚀β型钛锆基合金及其制备方法
Ma et al. Effect of various annealing temperature on microstructure and properties of metastable β-Type Ti-35Nb-2Ta-3Zr alloy for biomedical applications
CN112251633B (zh) 一种高强度抗菌钛合金板材及其制备方法
CN113136503B (zh) 一种生物医用TiNb基钛合金及其制备方法
CN115058622A (zh) 一种生物医用纯β相钛合金及其制备方法
CN112251634B (zh) 一种抗菌等轴纳米晶Ti-Cu板材及其制备方法
CN110257732B (zh) 全吸收Mg-Zn-Ag系非晶态医用植入基材、其制备方法及应用
KR20080105304A (ko) 치과 임플란트용 합금의 질화티타늄 코팅방법
Ikeda et al. The effect of Ta content on phase constitution and aging behavior of Ti-Ta binary alloys
KR100393270B1 (ko) 티타늄 합금 조성물
Hryniewicz et al. On the Nitinol properties improvement after electrochemical treatments
US20240002982A1 (en) Superelastic alloys
WO2013086010A1 (en) Method for enhancing mechanical strength of a titanium alloy by aging
Hsu et al. Effect of thermomechanical treatment on structure and properties of metastable Ti-25Nb-8Sn alloy
CN116334446A (zh) 一种稀土元素Y掺杂的Ti-Nb基钛合金及其制备和加工方法
CN111763852B (zh) 一种生物医用植入锆合金及制备方法
CN110541105B (zh) 一种生物医用合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination