CN115213400A - 一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，本发明具体涉及医用金属技术领域，本发明中，通过高温退火，控制钛合金内部的氢元素含量保持在0.015％以内，降低钛合金的氢脆效果，减少钛合金内部的氢化物(除了氢化钛以外)，然后高纯度氢气与纯钛的反应生成与镁合金熔点相近的高纯度氢化钛，再通过激光光束辐照下，镁合金粉末熔化形成液相，氢化钛开始熔化脱氢，不仅实现了钛镁间良好的冶金结合，同时也有效降低了缺陷的形成，提升了整体钛镁合金的质量，使得钛镁合金在医学上实用效果更佳。
Description
技术领域
本发明具体涉及医用金属技术领域，具体是一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺。
背景技术
医用钛合金作为目前临床应用较多的金属材料之一，主要归因于其比强度高、生物相容性好、耐蚀性好等特点。凭借优良的综合性能，医用钛合金的应用领域较广，如人工关节、骨创伤器械、脊柱矫形内固定系统等。然而，钛合金的弹性模量较高，在人体内服役时极易产生“应力屏蔽”效应，造成无菌松动等症状。尽管目前开发了较多的新型β型低模钛合金，但仍为自然骨弹性模量的2-7倍，难以有效满足医用钛合金的服役性能需求。镁合金具有低密度、低弹性模量、生物相容性佳等优点，作为骨固定材料，在骨折愈合初期能提供稳定的力学环境，使骨折部位承受逐步增大直至生理水平的应力刺激，从而加速骨折的愈合与塑形，防止局部骨质疏松及再骨折发生。但其耐蚀性能较差，在人体复杂生理环境中，降解腐蚀较快。
但是因钛与镁间物性差异(具体表现在钛熔点1600℃以上、镁熔点约600℃、沸点约1100℃)，当钛合金粉与镁合金粉末在高能激光束作用下，若钛合金粉末熔化，形成的液相温度超过镁合金沸点，已发生气化现象，造成镁元素的大幅烧损流失；另一方面，若仅让镁合金粉末熔化形成液相，而此时钛合金粉末仍保持固相，必然造成钛镁合金的较高的冶金孔隙缺陷，进而严重降低合金的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，以解决上述背景技术中提出的医用钛镁合金冶金孔隙缺陷的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：将钛合金粉末放入熔炉中进行真空加热，得到高纯度钛合金粉末；
步骤2：在密闭环境中，内部充满惰性气体，然后对步骤1中的钛合金粉末进行退火；
步骤3：步骤2中的钛合金在密闭腔中与氢气混合，高温处理得到熔融状态的氢化钛；
步骤4：将得到的氢化钛与镁合金粉末在常温下放入混合机进行混合；
步骤5：对步骤4中的复合粉末进行碾压处理；
步骤6：干燥处理，得到干燥的复合粉末；
步骤7：通过激光处理步骤6中的复合粉末，得到高质量的钛镁合金。
优选的，所述的步骤1中，熔炉中的温度控制在1600℃±50℃。
优选的，所述的步骤2中，退火温度在650℃～700℃，温度的持续时间为40～100分钟，至到钛合金中的氢元素为0.015％以内，惰性气体为氩气。
优选的，所述的步骤3中：高温反应温度为450～550℃，所述氢气的纯度为90％～百分之99.9％。
优选的，所述的步骤4中，高温处于400℃～800℃，镁合金与氢化钛质量比为1:150。
优选的，所述的步骤5中，采用木质碾压头进行碾压。
优选的，所述的步骤6中恒温干燥，温度处于100℃～300，干燥时间3～6个小时。
优选的，所述的步骤7中，激光光束直径30～50um、输出功率为50～150W。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过高温退火，控制钛合金内部的氢元素含量保持在0.015％以内，降低钛合金的氢脆效果，减少钛合金内部的氢化物(除了氢化钛以外)，然后将高纯度氢气与带有氢化钛化合物的钛合金进行反应，生成与镁合金熔点相近的高纯度氢化钛，再把镁合金与高纯度氢化钛混合经过木质碾压头的碾压，避免金属碾压头与镁合金以及高纯度氢化钛发生反应，从而降低杂质的产生，再通过激光光束辐照下，镁合金粉末熔化形成液相，氢化钛开始熔化脱氢，不仅实现了钛镁间良好的冶金结合，同时也有效降低了缺陷的形成，提升了整体钛镁合金的质量，使得钛镁合金在医学上实用效果更佳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，包括以下步骤：
步骤1：将钛合金粉末放入熔炉中进行真空加热，得到高纯度钛合金粉末；
步骤2：在密闭环境中，内部充满惰性气体，然后对步骤1中的钛合金粉末进行退火；
步骤3：步骤2中的钛合金在密闭腔中与氢气混合，高温处理得到熔融状态的氢化钛；
步骤4：将得到的氢化钛与镁合金粉末在常温下放入混合机进行混合；
步骤5：对步骤4中的复合粉末进行碾压处理；
步骤6：干燥处理，得到干燥的复合粉末；
步骤7：通过激光处理步骤6中的复合粉末，得到高质量的钛镁合金。
优选的，所述的步骤1中，熔炉中的温度控制在1600℃±50℃。
优选的，所述的步骤2中，退火温度在650℃～700℃，温度的持续时间为40～100分钟，至到钛合金中的氢元素为0.015％以内，惰性气体为氩气。
优选的，所述的步骤3中：高温反应温度为450～550℃，所述氢气的纯度为90％～百分之99.9％。
优选的，所述的步骤4中，高温处于400℃～800℃，镁合金与氢化钛质量比为1:150。
优选的，所述的步骤5中，采用木质碾压头进行碾压。
优选的，所述的步骤6中恒温干燥，温度处于100℃～300，干燥时间3～6个小时。
优选的，所述的步骤7中，激光光束直径30～50um、输出功率为50～150W。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将钛合金粉末放入熔炉中进行真空加热，得到高纯度钛合金粉末；
步骤2：在密闭环境中，内部充满惰性气体，然后对步骤1中的钛合金粉末进行退火；
步骤3：步骤2中的钛合金在密闭腔中与氢气混合，高温处理得到熔融状态的氢化钛；
步骤4：将得到的氢化钛与镁合金粉末在常温下放入混合机进行混合；
步骤5：对步骤4中的复合粉末进行碾压处理；
步骤6：干燥处理，得到干燥的复合粉末；
步骤7：通过激光处理步骤6中的复合粉末，得到高质量的钛镁合金。
2.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤1中，熔炉中的温度控制在1600℃±50℃。
3.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤2中，退火温度在650℃～700℃，温度的持续时间为40～100分钟，至到钛合金中的氢元素为0.015％以内，惰性气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤3中：高温反应温度为450～550℃，所述氢气的纯度为90％～百分之99.9％。
5.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤4中，高温处于400℃～800℃，镁合金与氢化钛质量比为1:150。
6.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤5中，采用木质碾压头进行碾压。
7.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤6中恒温干燥，温度处于100℃～300，干燥时间3～6个小时。
8.根据权利要求1所述的一种提高医用金属合金力学性能的生产工艺，其特征在于：所述的步骤7中，激光光束直径30～50um、输出功率为50～150W。
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