CN115478192B - 一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧掺杂的BCC结构Ti‑Zr‑Nb系合金制备方法和应用，该合金各元素的原子百分比为Ti：10‑60%，Zr：30‑75%，Nb：10‑30%，O：0‑4%，且保证合金均为体心立方（BCC）结构。心立方（BCC）结构是Ti‑Zr‑Nb系合金中通过以TiO₂的形式添加O元素，形成了富含（Ti，Zr，O）的有序氧复合体结构，不仅带来了间隙强化，而且钉扎位错，使位错的滑移方式由平面滑移转变为波浪滑移，同时显著提高了合金的强度和塑性。同时，Nb含量不高于30%，生产成本低，且合金组成元素为对人身体无毒元素，因此，该系列合金在生物医用领域具有很好的应用前景。

Description

一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金制备方法和应用

技术领域

本发明属于金属材料及其制备领域，尤其涉及一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金制备方法和应用。

背景技术

目前，现有技术中钛合金作为近20年来快速发展的新型轻质金属材料，具有比强度高、耐高温、耐蚀性、生物相容等优良综合性能，被广泛应用于多个领域，如航空航天、电力化工、船舶、建筑、生物医用以及其它高新技术领域。随着科技和各领域的快速发展，不仅对钛合金的强度要求不断提高，同时合金的塑性也要保持在一定的水平，即强度和塑性要达到良好的匹配。

众所周知，氧的间隙强化作为一种有效合金强化机制，且这种合金化方法极大地降低了材料的成本，然而这种方法一方面显著提高合金强度的同时，不可避免的会恶化合金塑性。在不改变合金材料晶体结构的情况下，通过氧的间隙强化来提高合金的强塑性具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种氧掺杂BCC结构的Ti-Zr-Nb系合金及其制备方法，其突破了传统的间隙强化提高合金强度却恶化合金塑性的认知，同时显著提高了合金的强度和塑性，且在生物医用领域的具有良好的应用前景。

本发明是采用以下技术方案来实现的：一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金具有富Ti，Zr和O的有序氧复合体结构，通过间隙强化提高了合金强度，通过钉扎位错促进位错双交滑移和增殖，使位错的滑移方式由平面滑移转变为波浪滑移，且合金在室温的屈服强度能最大够达到1132MPa，延伸率最大延伸率达到25％。

进一步，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的各个组分的原子百分比表达式为Ti_aZr_bNb_cO_p，其中，10≤a≤60，30≤b≤75，10≤c≤30，0＜p≤4，且a+b+c+p＝100。

进一步，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₅₃Zr₃₀Nb₁₄O₃，合金在室温的屈服强度能够达到1072MPa，延伸率能够达到25.0％。

进一步，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₄₉Zr₃₀Nb₁₈O₃，合金在室温的屈服强度为1083MPa，延伸率能够达到22.1％。

进一步，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₁₀Zr₇₂Nb₁₅O₃，合金在室温的屈服强度能够达到1003MPa，延伸率为18.0％。

本发明的另一目的提供一种制备上述的氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的方法，具体包括以下步骤：

S1)先对原料进行预处理，按照表达式的原子百分比进行称取各个原料；

S2)将称取好的原料和氧化物按熔点高低顺序堆放在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里,抽真空，通入保护气氛，开始熔炼，待合金冷却后将其翻转，如此重复至少6次以上，将合金吸铸入水冷铜模中获得氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金。

进一步，所述S1)中O元素以粉体或块体TiO₂的方式加入，氧化物的浓度不低于99.95％。

进一步，所述S2)中按熔点高低顺序堆放中TiO₂颗粒放于底部，Ti和Zr放在中间，Nb放在顶部；

所述抽真空方式为：当真空度达到9×10^-4Pa后，向炉腔充氩气至半个大气压，接着再抽一遍真空至9×10^-4Pa，再向炉腔充氩气至半个大气压。

进一步，所述熔炼的具体工艺为：熔炼合金之前先熔炼钛锭来吸去炉腔内游离的氧气和氮气，合金熔化后，电弧保持时间在60-120秒；

且熔炼合金每三次后需要再次抽真空并重新充氩气至半个大气压。

一种上述的氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金应用于生物医用领域。

本发明的氧掺杂BCC结构的Ti-Zr-Nb系合金，其特征在于随着氧元素的添加，同时显著提高合金的强度和塑性，使合金室温最大屈服强度达到1132MPa，室温最大延伸率达到25％。此外，该合金体系的合金主要组成元素为对人身体无毒性的元素，因此，该钛合金在生物医用部件上具有很好的应用前景。

本发明的有益效果和优点在于：

1、本发明所提供的一系列合金具有大的成分试用范围以及宽泛的制备条件。

2、可以通过对合金成分以及后续热处理、冷加工等技术手段的调整优化，来获得不同的力学性能。

3、本发明提供的合金材料的主要元素为普通纯金属原料，TiO₂也是普通的陶瓷原料，且Nb含量不高于30％，具有成本低廉，制备流程短，工艺简单，使用安全等特点。

4、传统氧掺杂的合金提高强度的同时显著恶化合金塑性，而本发明在BCC结构的Ti-Zr-Nb系合金中，通过氧元素的逐步添加，使合金的强度和塑性随O含量的增加而增加，打破了传统间隙强化提高强度却恶化塑性的困境，使得合金在保持高强度的同时具有了更高的塑性变形能力。这种显著的性能提高是由于O的添加形成了独特的有序氧复合体结构，使位错滑移方式由平面滑移变为波浪滑移，促进了变形的均匀性。且这些合金具有较低的弹性模量和无毒的合金组成元素，使其在生物医用材料领域具有了更高的应用价值。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的实施例中Ti-Zr-Nb-O合金系合金的XRD图谱。

图2为本发明的实施例中O-0至O-4的(110)衍射峰的放大图。

图3为本发明实施例中Ti-Zr-Nb-O系合金的室温拉伸真应力应变曲线。

图4为本发明实施例中Ti-Zr-Nb-O系合金的杨氏模量。

图5为本发明实例中含氧为3at.％的合金拉伸断裂后的侧面和端口形貌。(a)侧面图，(b)端面图。

图6为本发明实例中含氧为3at.％的合金拉伸后的透射电镜组织形貌及选区电子衍射斑点。(a)O-3合金拉伸后的组织形貌及其选区衍射斑点，(b)O-3合金拉伸后典型的位错形态。

具体实施方式

下面结合具体实施例子对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金具有富(Ti，Zr，O)的有序氧复合体结构，通过间隙强化提高了合金强度，通过钉扎位错促进位错双交滑移和增殖，使位错的滑移方式由平面滑移转变为波浪滑移，且合金在室温的屈服强度最大能够达到1132MPa，延伸率最大能够达到25％，如图1所示。

所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的各个组分的原子百分比表达式为Ti_aZr_bNb_cO_p，其中，10≤a≤60，30≤b≤75，10≤c≤30，0＜p≤4，且a+b+c+p＝100。

所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₅₃Zr₃₀Nb₁₄O₃，合金在室温的屈服强度能够达到1072MPa，延伸率能够达到25.0％。

所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₄₉Zr₃₀Nb₁₈O₃，合金在室温的屈服强度能够达到1083MPa，延伸率能够达到22.1％。

所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的原子百分比表达式为Ti₁₀Zr₇₂Nb₁₅O₃，合金在室温的屈服强度为1003MPa，延伸率能够达到18.0％。

本发明还提供一种制备上述的氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金的方法：具体包括以下步骤：

S1)先对原料进行预处理，按照表达式的原子百分比进行称取各个原料；

S2)将称取好的原料和氧化物按熔点高低顺序堆放在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里,抽真空，通入保护气氛，开始熔炼，待合金冷却后将其翻转，如此重复至少6次以上，将合金吸铸入水冷铜模中获得氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金。

所述S1)中O元素以粉体或块体TiO₂的方式加入，氧化物的浓度不低于99.95％。

所述S2)中按熔点高低顺序堆放中TiO₂颗粒放于底部，Ti和Zr放在中间，Nb放在顶部；

所述抽真空方式为：当真空度达到9×10^-4Pa后，向炉腔充氩气至半个大气压，接着再抽一遍真空至9×10^-4Pa，再向炉腔充氩气至半个大气压。

所述熔炼的具体工艺为：熔炼合金之前先熔炼钛锭来吸去炉腔内游离的氧气和氮气，合金熔化后，电弧保持时间在60-120秒；

且熔炼合金三次后都再抽真空并重新充氩气至半个大气压。

一种上述的氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金应用于生物医用领域。

实施例1

1、一种氧掺杂Ti-30Zr-14Nb-O系合金的成分设计和制备

(1)原料准备：本发明采用的冶炼原料均为高纯(≥99.95％)Ti、Zr和Nb元素，去除原料表面的氧化皮后，浸泡于酒精中采用超声波振荡清洗干净后，按照摩尔比进行称量，供熔炼合金使用。O元素以粉体或块体TiO₂的形式直接加入。Ti元素的来源包括高纯Ti、TiO₂，Ti元素的总含量符合名义成分。

表1本实施例合金材料的名义成分(at.％)

合金	Ti	Zr	Nb	O
					Ti-30Zr-14Nb	56	30	14	0
Ti-30Zr-14Nb-1O	55	30	14	1
					Ti-30Zr-14Nb-2O	54	30	14	2
Ti-30Zr-14Nb-3O	53	30	14	3
					Ti-30Zr-14Nb-3.5O	52.5	30	14	3.5
Ti-30Zr-14Nb-4O	52	30	14	4

(2)合金的制备：本发明采用非自耗真空电弧炉熔炼合金。将原料按照熔点的高低顺序依次堆放在水冷铜坩埚中，熔点最低的Ti置于底层，接着是Zr，Nb置于顶层，TiO₂由于较为细小因此置于最底部以防被吹飞。将炉腔抽真空至9×10^-4Pa后，向炉腔充氩气至半个大气压。紧接着再抽一遍真空至9×10^-4Pa，再向炉腔充氩气至半个大气压后开始熔炼合金。熔炼合金前先熔炼钛锭来吸去炉腔内游离的氧、氮等气体。合金完全熔化后，采用大电流熔炼大约60-120秒，待合金块冷却3min后将其翻转，如此重复至少6次，且熔炼合金三次后都再抽真空并重新充氩气至半个大气压。待合金充分熔炼均匀冷却后，使用真空吸铸设备将合金吸铸入水冷铜模中，获得尺寸为10mm×10mm×50mm的块状样品。

2、合金的组织结构及性能

(1)X射线衍射(XRD)测试及相组成分析

采用线切割在吸铸的试样上切取尺寸为10mm×10mm×2mm的薄片，将薄片依次使用240#、800#、1000#、2000#的金相砂纸仔细研磨。使用X射线仪对各个样品进行相组成分析，扫描步长为0.02s^-1，扫描角度2θ的范围是20°到90°。

XRD测试结果如图1所示，所有合金均是单相bcc结构。将图1中的(110)衍射峰放大得到图2。根据布拉格公式：2d sinθ＝nλ可知，衍射峰2θ的角度位置实际上反映了晶面间距的大小，衍射角2θ越小，则晶面间距越大，而对于体心立方结构，晶面间距与点阵常数成正比，因此点阵常数也越大。从图2中可以看到随着O含量的增加，合金的(110)衍射峰整体上向左偏移，这是由于小原子O的半径远小于合金体系的其他元素，因此以间隙固溶的方式存在于晶格中，随着间隙原子的增多，晶格畸变程度升高，晶格常数增大。

(2)准静态拉伸实验

将制备得到的合金棒用线切割和车床加工成标距为5mm×1.3mm×15mm的拉伸试样。在CMT4305型万能电子试验机上进行室温拉伸测试，拉伸速率统一为5×10⁴，每种合金成分最少选取2个样品进行测试，不同O含量的合金的室温拉伸曲线如图3所示，该合金体系的详细拉伸力学性能列于表2。

表2 Ti-30Zr-14Nb-O合金系室温拉伸力学性能

合金(at％)	E(GPa)	σy(MPa)	εp(％)
				56Ti-30Zr-14Nb	61	600	9.46
55Ti-30Zr-14Nb-1O	67	853	12.53
				54Ti-30Zr-14Nb-2O	72	964	17.70
53Ti-30Zr-14Nb-3O	75	1072	25
				52Ti-30Zr-14Nb-3.5O	76	1132	7.91
51Ti-30Zr-14Nb-4O	77	-	1

从图3中和表2中可以看出，随着O含量的增加，合金的屈服强度和抗拉强度升高，拉伸塑性也显著提高，值得注意的是，当O含量为3at.％时，该合金的屈服强度为1072MPa，均匀延伸率为25％。氧原子以间隙原子的形式存在于该合金的晶格间隙内，这种小原子间隙固溶的方式显著提高该合金系的抗拉强度的同时，还显著提高了合金的拉伸塑性，从而使得该合金系的综合拉伸性能显著优于其它生物医用钛合金。如图4所示为该合金系的杨氏模量图，可知合金的杨氏模量范围为61～75GPa，结合图3所示的力学性能数据表明，本发明合金不但具有较低的杨氏模量，同时还具有优异的综合力学性能。如图5所示为O-3合金的拉伸断裂后侧面和断口形貌。从图(a)中可以看出，合金的变形过程产生了大量的滑移带，图(b)端面放大图可以观察到韧窝和鳞片状花样的存在，表明合金发生广泛的波浪滑移以及韧性断裂方式，因而具有优异的塑性。

(3)拉伸变形前后组织透射电镜(TEM)观察

取O-3合金拉伸前后的试样，拉伸前的试样采用线切割切取0.3mm薄片，采用金相砂纸将其磨至100μm厚度一下，然后冲压成直径3mm的圆片，继续采用2000#砂纸磨至30-50μm，采用离子减薄制备透射电镜样品。拉伸后的试样采用线切割手段在断口附近沿垂直于拉伸方向取0.3mm的薄片，使用金相砂纸磨至30-50μm，采用离子减薄制备透射电镜样品。如图6所示，显示了O-3合金拉伸前后的组织形貌及选取电子衍射结果，从图6(a)可知该合金为单相组织，结合XRD结果可知该合金为单相BCC结构。图6(b)为O-3合金拉伸断后典型的位错组态，可以观察到大量的位错墙，这是由于合金中有序氧复合体钉扎位错，促进位错发生广泛的交滑移，从而使得该合金强度塑性提高。

实施例2

一种氧掺杂Ti-30Zr-18Nb-O系合金的制备及性能

根据实施例1中的合金制备方法，按照不同的原子百分比制备合金锭，合金成分见表3。根据表3可以看到，在Ti-30Zr-18Nb基础合金中逐步添加O元素也能够显著改善合金的强度和塑性。且在O含量为3.0at.％时，合金的屈服强度达到1083MPa，且延伸率达到22.1％，具有优异的综合性能。

表3 Ti-30Zr-18Nb-O系合金室温拉伸力学性能

合金(at％)	σy(MPa)	εp(％)
			52Ti-30Zr-18Nb	633	12.6
51Ti-30Zr-18Nb-1O	822	16.8
			50Ti-30Zr-18Nb-2O	970	20.5
49Ti-30Zr-18Nb-3O	1083	22.1
			48.5Ti-30Zr-18Nb-3.5O	1149	6.2

实施例3

一种氧掺杂Ti-30Zr-22Nb-O系合金的制备及性能

根据实施例1中的合金制备方法，按照不同的原子百分比制备合金锭，合金成分见表4。根据表4可以看到，在Ti-30Zr-22Nb基础合金中逐渐添加O元素也能够显著改善合金的强度和塑性。且在O含量为3.0at.％时，合金的屈服强度达到1159MPa，且延伸率达到20.9％，具有优异的综合性能。

表4 Ti-30Zr-22Nb-O系合金室温拉伸力学性能

合金(at％)	σy(MPa)	εp(％)
			48Ti-30Zr-22Nb	661	12.4
47Ti-30Zr-22Nb-1O	844	12.6
			46Ti-30Zr-22Nb-2O	1043	15.7
45Ti-30Zr-22Nb-3O	1059	20.9

实施例4

一种氧掺杂Zr-15Nb-10Ti-O系合金的制备及性能

根据实施例1中的合金制备方法，按照不同的原子百分比制备合金锭，合金成分见表5。根据表5可以看到，在Zr-15Nb-10Ti基础合金中逐渐添加O元素也能够显著改善合金的强度和塑性。且在O含量为4.0at.％时，合金依然保持较高的强度和塑性，合金的屈服强度达到1080MPa，且延伸率达到14.1％，具有优异的综合性能。

表5 Zr-15Nb-10Ti-O系合金室温拉伸力学性能

合金(at％)	σy(MPa)	εp(％)
			75Zr-15Nb-10Ti	596	10.6
74Zr-15Nb-10Ti-1O	756	12.0
			73Zr-15Nb-10Ti-2O	887	19.9
72Zr-15Nb-10Ti-3O	1003	18.0
			72Zr-15Nb-10Ti-4O	1080	14.1

实施例5

一种氧掺杂Zr-20Nb-10Ti-O系合金的制备及性能

根据实施例1中的合金制备方法，按照不同的原子百分比制备合金锭，合金成分见表6。根据表6可以看到，在Zr-20Nb-10Ti基础合金中逐渐添加O元素也能够同时显著改善合金的强度和塑性，具有优异的综合性能。

表6 Zr-20Nb-10Ti-O系合金室温拉伸力学性能

合金(at％)	σy(MPa)	εp(％)
			70Zr-20Nb-10Ti	606	14.7
69Zr-20Nb-10Ti-1O	853	15.6
			68Zr-20Nb-10Ti-2O	949	17.3
67Zr-20Nb-10Ti-3O	1063	19.5

实施例6

一种氧掺杂Zr-25Nb-10Ti-O系合金的制备及性能

根据实施例1中的合金制备方法，按照不同的原子百分比制备合金锭，合金成分见表7。根据表7可以看到，在Zr-25Nb-10Ti基础合金中逐渐添加O元素也能够显著改善合金的强度和塑性，具有优异的综合性能。

表7 Zr-25Nb-10Ti-O系合金室温拉伸力学性能

合金(at％)	σy(MPa)	εp(％)
			65Zr-25Nb-10Ti	651	12.9
64Zr-25Nb-10Ti-1O	903	16.1
			63Zr-25Nb-10Ti-2O	997	18.2
62Zr-25Nb-10Ti-3O	1106	19.5

本发明采用电弧熔炼的方法，在具有BCC结构的Ti-Zr-Nb系合金中掺杂O元素，形成了独特的有序氧复合体，钉扎位错，促进了位错的增殖和双交滑移，不仅提高了强度，还显著提高了合金的拉伸塑性，且能在很大成分范围内基本保持塑性变形能力。特别是O含量为3.0at.％时，合金的屈服强度可达1000MPa以上，且延伸率可达25.0％，具有优异的综合拉伸性能。本发明颠覆杂质O元素会恶化合金塑性的传统认知，将杂质O元素变废为宝，同时显著提高了合金强塑性。且Nb含量均不高于30％使其具有较低成本，以及合金由无毒的元素组成，因此该合金体系在生物医用领域有很大的应用前景。

以上对本申请实施例所提供的一种氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb系合金制备方法和应用，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (9)

1.一种氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb系合金，其特征在于，所述氧掺杂的BCC结构Ti-Zr-Nb 系合金的各个组分的原子百分比表达式为 Ti_aZr_bNb_cO_p，其中，10≤a≤60，30≤b≤75，10≤c≤30，0＜p≤4，且 a+b+c+p=100，且氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb系合金具有富（Ti，Zr，O）的有序氧复合体结构，通过间隙强化提高了合金强度，通过钉扎位错促进位错双交滑移和增殖，使位错的滑移方式由平面滑移转变为波浪滑移，且合金在室温的屈服强度能最大够达到 1132MPa，延伸率最大能够达到 25%。

2.根据权利要求1所述的氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金，其特征在于，所述氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金的原子百分比表达式为 Ti₅₃Zr₃₀Nb₁₄O₃，合金在室温的屈服强度能够达到 1072MPa，延伸率能够达到 25.0%。

3.根据权利要求1所述的氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金，其特征在于，所述氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金的原子百分比表达式为Ti₄₉Zr₃₀Nb₁₈O₃，合金在室温的屈服强度为1083MPa，延伸率能够达到 22.1%。

4.根据权利要求1所述的氧掺杂的 BCC 结构 Ti-Zr-Nb 系合金，其特征在于，所述氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金的原子百分比表达式为Ti₁₀Zr₇₂Nb₁₅O₃，合金在室温的屈服强度能够达到 1003MPa，延伸率为 18.0%。

5.一种制备如权利要求1-4任意一项所述的氧掺杂的BCC结构 Ti-Zr-Nb 系合金的方法，

其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

S1）先对原料进行预处理，按照表达式的原子百分比进行称取各个原料；

S2）将称取好的原料和氧化物按熔点高低顺序堆放在非自耗真空电弧炉或冷坩埚悬浮炉里，抽真空，通入保护气氛，开始熔炼，待合金冷却后将其翻转，如此重复至少 6 次以上，将合

金吸铸入水冷铜模中获得氧掺杂的 BCC 结构 Ti-Zr-Nb 系合金。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述 S1）中 O 元素以粉体或块体 TiO₂ 的方式加入，氧化物的浓度不低于 99.95%。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述 S2）中按熔点高低顺序堆放中TiO₂颗粒放于底部，Ti和Zr放在中间，Nb放在顶部；

所述抽真空方式为：当真空度达到 9×10^-4Pa 后，向炉腔充氩气至半个大气压，接着再抽一遍真空至 9×10^-4Pa，再向炉腔充氩气至半个大气压。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述熔炼的具体工艺为：熔炼合金之前先熔炼钛锭来吸去炉腔内游离的氧气和氮气，合金熔化后，电弧保持时间在 60-120 秒；且熔炼合金每三次后需要再次抽真空并重新充氩气至半个大气压。

9.一种如权利要求1-4任意一项所述的氧掺杂的 BCC 结构Ti-Zr-Nb 系合金在生物医用领中应用。

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