CN116144981A - 一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法,所述钛合金铸锭包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,其成分由以下元素组成:Nb:37~38%,Zr:3~5%,Cu:7~10%。本发明通过Ti‑Nb‑Zr‑Cu特定的元素配比以及水冷铜模负压吸铸工艺结合分级淬火工艺减少α相的产生,以得到稳定β相,使得制备的钛合金铸锭具有高强度低模量同时具备优良的抗菌性,能够满足生物医用金属的要求。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域,尤其涉及一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法
背景技术
钛及钛合金由于其良好的强度、弹性模量及生物相容性,在生物医学领域应用甚广;钛有两种同素异构体,即低温下生成的α相和高温下生成的β相,其α/β转变温度为882℃;早期,Ti-6Al-4V及纯钛等α型合金被用于人体的膝关节、人工髋关节等,之后是得到更多应用的Ti-5Al-2.5Fe等α+β型合金,现如今,更受欢迎的是具备更低弹性模量以接近人骨(0~30GPa)的β型合金。
然而钛合金中所含Al元素将引起贫血,神经紊乱等症状;V元素会诱发炎症以及引起纤维包囊等症状;添加Nb、Zr等生物相容性好且无毒的β稳定元素,可以得到拥有低弹性模量、较好的强度及优异生物相容性的β型钛合金;在钛的同素异构体弹性模量对比中,β<ω<α,故β型钛合金中,不含过渡相ω与α的稳定β相钛合金弹性模量最低,同时,β相的塑性相比较另外两种同素异构体更好,这使得稳定β相钛合金更易加工;值得一提地,β相钛合金并不具备抗菌性,而Cu作为人体每日必需的微量元素,具有较强的杀菌能力,在钛合金中加入Cu元素,可以有效地防止细菌感染,同时稳定β相。
申请号为201810121091.2的中国专利申请公开了一种含铜抗菌生物医用β型钛合金板材的制备方法,成功得到了抗拉强度1126MPa的钛合金,该方法熔炼后进行热处理,再进行多次热轧,其得出板材受形状限制,加工应用较窄;申请号为201911192972.4中国专利申请公开了一种低弹性模量抗菌医用钛合金,其弹性模量高达80GPa,无法完全地解决植入体与人骨的“应力屏蔽”现象;申请号为202210782110.2中国专利申请公开了一种生物医用β相钛合金及其制备方法,其加入了稀贵金属Ag元素,不利于控制成本,且未能生成含铜相,意味合金抗菌性能不理想;申请号为201911377994.8的中国专利申请公开了一种形变强化抗菌钛合金,其弹性模量为41GPa,抗压强度为1587MPa,然而由XRD谱图,其中出现了更脆的α相以及影响力学性能的CuxZry相,这对于材料后续加工十分不利。
因此,研究开发一种高强度低模量同时具备抗菌,无毒的医用钛合金铸锭对减少细菌感染,减轻患者经济负担具有重大意义。
发明内容
本发明是要解决现有的β型钛合金铸锭弹性模量高、强度较低以及无抗菌性能等问题,而提供一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法。
本发明的目的在于提供一种含稳定β相钛合金铸锭,所述钛合金铸锭包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,其成分由以下元素组成:Nb:37~39%,Zr:2~5%,Cu:7~10%,余量为Ti。
优选的,本发明所述钛合金铸锭包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,Nb质量百分比含量为38%,所述Zr质量百分比含量为3~5%,余量为Ti。
本发明的另一目的在于提供一种含稳定β相钛合金铸锭,所述抗菌钛合金铸锭的制备方法如下:
A、熔炼:将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先后使用机械泵和分子泵对炉室进行抽真空,后充入99.99%的氩气,控制铈钨电极对原料进行熔炼。
B、吸铸:使用水冷铜模负压吸铸法将一次锭金属液吸入模腔中,快速冷却后获得二次锭。
C、热处理:对盐浴炉进行预热,将二次锭放入真空箱式马弗炉中加热,保温后使用盐浴炉进行分级淬火得到钛合金铸锭。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤A中炉室真空度为1.3×10-3Pa。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤A中先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤A中翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤C中真空箱式马弗炉加热温度为890~900℃,加热速率为15℃/min,保温50~60min。
本发明技术方案的进一步改进在于:所述步骤C中盐浴炉预热温度为200℃,冷却速率为20℃/s,盐浴保温时间为3min,随后取出样品空冷。
由于采用了上述技术方案,本发明取得的技术进步是:
本发明的一种含稳定β相钛合金铸锭可广泛用于进一步工业生产,通过d电子理论、钼当量理论、e/a价电子理论调控Nb元素和Zr元素的含量计算设计出弹性模量较低的具有稳定β相的钛合金,与纯钛相比,具有较高的强度和较低的弹性模量可解决“应力屏蔽”问题。
本发明提供的一种含稳定β相钛合金铸锭,采用真空非自耗电弧熔炼及真空吸铸与热处理相结合的技术,确定分级淬火温度为α/β转变温度(882℃)之上的890~900℃,以及快速冷却部分冷却速率为20℃/s,以确保得到稳定的β相,制备得到组织均匀的含稳定β相与含铜相地钛合金,相比较单一β相合金具有优良的抗菌性能,相比较α+β型钛合金,具有低弹性模量以及良好的塑性,利于解决传统医用钛合金解决细菌感染问题。
本发明提供的一种含稳定β相钛合金铸锭,有良好的抗菌性能及力学性能,其具有超弹性特性,屈服强度为598.4MPa~814.8MPa,弹性模量为50.4~67.1GPa,大肠杆菌抗菌率达到92.3~98.4%,金黄色葡萄球菌抗菌率达到77.7~84.9%。
本发明提供的一种含稳定β相钛合金铸锭,具有制备方法简单,成本低廉,无毒,优良的力学性能兼具抗菌性能的特点。
附图说明
图1为实施例1含稳定β相钛合金铸锭的XRD图谱。
图2为实施例1含稳定β相钛合金铸锭的金相图。
图3为实施例1含稳定β相钛合金铸锭的压缩应力-应变曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加明确,下面结合实施例对本发明做进一步说明:
一种含稳定β相钛合金铸锭及其制备方法,包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,其成分由以下元素组成:Nb:37~39%,Zr:2~5%,Cu:7~10%,余量为Ti。通过d电子理论、钼当量理论、e/a价电子理论设计出所述Nb质量百分比含量优选为38%,所述Zr质量百分比含量优选为3~5%。
A、熔炼:将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先后使用机械泵和分子泵对炉室进行抽真空,炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
B、吸铸:使用水冷铜模负压吸铸法将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,快速冷却后获得二次锭。
C、热处理:对盐浴炉进行预热,盐浴炉预热温度为200℃,将二次锭放入真空箱式马弗炉中加热,真空箱式马弗炉加热温度为890~900℃,加热速率为15℃/min,保温50~60min,保温后使用盐浴炉进行分级淬火得到钛合金铸锭,盐浴保温时间为3min,冷却速率为20℃/s,随后取出样品空冷。
实施例1
本实施例中化学成分质量百分比为:Nb:38%,Zr:3~5%,Cu:7~10%,余量为Ti。
具体为Nb:38%,Zr:3%,Cu:10%,Ti:余量,将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭;
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;真空箱式马弗炉加热温度为900℃,加热速率为15℃/min,保温50min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温3min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
抗菌率按照以下公式计算:抗菌率(%)=[(对照样品活菌数-抗感染样品活菌数)/对照样品活菌数]×100%
图1为实施例1所制备钛合金铸锭的XRD谱图,从图中可看出钛合金钛锭由大量β相和少量含铜相组成。
图2为实施例1所制备的钛合金铸锭的光学显微组织图片,从图中可以看出β相为稳定的六边形结构,少量含铜相均匀分布在晶界周围以及晶界内部。
图3为实施例1的压缩应力-应变曲线图,其压缩速率为0.5mm/min,从图中可以看出材料形成了超弹性。
实施例2
实施例2中化学成分质量百分比具体为:Nb:38%,Zr:4%,Cu:7%,Ti:余量;将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;真空箱式马弗炉加热温度为900℃,加热速率为15℃/min,保温50min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温3min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
实施例3
实施例3中化学成分质量百分比具体为:Nb:38%,Zr:5%,Cu:8.5%,Ti:余量;将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;真空箱式马弗炉加热温度为900℃,加热速率为15℃/min,保温50min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温3min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
实施例4
实施例4中化学成分质量百分比为具体为Nb:38%,Zr:3%,Cu:10%,Ti:余量,将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;实施例4中真空箱式马弗炉加热温度为890℃,加热速率为15℃/min,保温60min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温3min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
实施例5
实施例5中化学成分质量百分比为具体为Nb:38%,Zr:3%,Cu:10%,Ti:余量,将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;实施例5中真空箱式马弗炉加热温度为900℃,加热速率为15℃/min,保温60min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温3min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
实施例6
实施例6中化学成分质量百分比为具体为Nb:38%,Zr:3%,Cu:10%,Ti:余量,将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;实施例6中真空箱式马弗炉加热温度为900℃,加热速率为15℃/min,保温60min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温2min,冷却速率为15℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
将样品切割成10×10×2mm进行抗菌性测试,将0.4mL的细菌悬浮液(大肠杆菌/金黄色葡萄球菌)滴在样品上,在36.5±1℃、90%相对湿度下的环境中培养24小时,用无菌PBS溶液冲洗样品表面以确保将样品表面冲洗至无菌,从上述洗涤液中选择0.02mL洗液涂布到培养基上,在36.5±1℃环境中培养24小时,按国家标准(GB/T4789.2-2010)进行菌落计数用于评估抗菌效果。
实施例7
实施例7中化学成分质量百分比为具体为Nb:38%,Zr:3%,Cu:10%,Ti:余量,将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先使用机械泵将炉室真空度抽至6Pa,再使用分子泵将炉室真空度抽至1.3×10-3Pa,后充入99.99%的氩气,打开电极电源,引弧后控制铈钨电极对原料进行熔炼;先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭使用机械手移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭,随后缓慢关闭电流以减少缺陷,对其翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
使用机械手将一次锭移至吸铸铜坩埚,引弧后将一次锭熔成金属液,按下操作台上的吸铸按钮,水冷铜坩埚底下的小孔将通过真空泵产生负压吸力,将熔融后的一次锭金属液吸入模腔中,吸铸时会产生极大过冷度,经由快速冷却后获得二次锭。
对盐浴炉进行预热,所用盐为碳酸盐,预热温度为200℃,将二次锭放入刚玉瓷舟坩埚中,合盖后将刚玉瓷舟坩埚放入真空箱式马弗炉中,抽取真空后充入99.99%的氩气作为保护气体,以上步骤重复两次;实施例7中真空箱式马弗炉加热温度为800℃,加热速率为15℃/min,保温60min,保温后使用盐浴炉进行淬火,样品放入盐浴炉中保温4min,冷却速率为20℃/s,待取出样品空冷至室温,及时清洗残盐并干燥。
实施例1、2、3、4、5、6、7制备的钛合金铸锭性能指标测试结果如表1所示。
从表1中可以看出,本发明中所述的一种含稳定β相钛合金铸锭,有优良的抗菌性能和良好的强度以及较低的弹性模量,不含有毒元素,但是实施例6、7由于冷却速度较慢以及淬火温度较低,生成了α相,导致其弹性模量大幅上升,不符合人体材料所需。
Claims (8)
1.一种含稳定β相钛合金铸锭,其特征在于:所述钛合金铸锭包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,其成分由以下元素组成:Nb:37~39%,Zr:2~5%,Cu:7~10%,余量为Ti。
2.根据权利要求1所述的含稳定β相钛合金铸锭,其特征在于:所述钛合金铸锭包含两种相,稳定的β相及含铜相,按质量百分比计,Nb质量百分比含量为38%,所述Zr质量百分比含量为3~5%,余量为Ti。
3.权利要求1或2所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
A、熔炼:将原料放入真空非自耗电弧熔炼炉中,先后使用机械泵和分子泵对炉室进行抽真空,后充入99.99%的氩气,控制铈钨电极对原料进行熔炼;
B、吸铸:使用水冷铜模负压吸铸法将一次锭金属液吸入模腔中,快速冷却后获得二次锭;
C、热处理:对盐浴炉进行预热,将二次锭放入真空箱式马弗炉中加热,保温后使用盐浴炉进行分级淬火得到钛合金铸锭。
4.根据权利要求3所述的所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤A中炉室真空度为1.3×10-3Pa。
5.根据权利要求3所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤A中先在1号水冷铜坩埚中使用220A的电流持续120s熔化铌粒,再在2号水冷铜坩埚中使用180A的电流持续100s熔化锆粒、钛粒、铜粒,最后将2号水冷铜坩埚中铸锭移至1号水冷铜坩埚,对两块铸锭使用200A的电流持续60s熔化为一次锭。
6.根据权利要求3所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤A中翻面3次熔炼后得到成分均匀的一次锭。
7.根据权利要求3所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤C中真空箱式马弗炉加热温度为890~900℃,加热速率为15℃/min,保温50~60min。
8.根据权利要求3所述的含稳定β相钛合金铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤C中盐浴炉预热温度为200℃,冷却速率为20℃/s,盐浴保温时间为3min,随后取出样品空冷。
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