一种Ti-Nb-Mn合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti‑Nb‑Mn合金，该合金由如下重量百分比组成：钛72％～73％、铌23％‑24％和锰3％‑5％。Ti‑Nb‑Mn合金的方法包括：a、按照上述重量百分比进行配料，置于真空电弧熔炉中，反复熔炼3～6次，冷却后获得到母合金锭；b、将母合金锭放入石英管中，对盛有母合金锭的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到3×10

A Ti Nb Mn alloy and preparation method thereof

The invention discloses a Ti Nb Mn alloy, the alloy comprises the following components in percentage by weight: titanium 72% ~ 73%, 24% and 23% niobium manganese 3% 5%. Including the Ti Nb Mn method alloy: A, according to the weight percentage of the ingredients, in a vacuum arc furnace smelting, repeated 3 to 6 times, after cooling to obtain the ingot; B, ingot in a quartz tube, a master ingot quartz tube vacuum pumping of Sheng so, the vacuum degree is 3 * 10

【技术实现步骤摘要】
一种Ti-Nb-Mn合金及其制备方法
本专利技术具体涉及医疗器械领域，特别涉及一种Ti-Nb-Mn合金及其制备方法。
技术介绍
与其它生物医用金属材料相比，钛及钛合金由于具有较低的密度、高的比强度、良好的耐蚀性和生物相容性等显著特点，因此成为矫形外科、骨骼置换及关节修复等医疗外科手术中广泛应用的金属材料。目前,在临床医学中应用的钛及钛合金主要是纯Ti(CP-Ti)和Ti-6Al-4V(TC4)合金，但它们具有较高的弹性模量(≥110GPa)，远高于人骨(3-20GPa)，如果植入人体，会对周围的骨骼产生“应力屏蔽”，导致植入体周围出现骨吸收，最终引起植入体的无菌松动，缩短使用寿命。研究表明，在构成钛合金的各类相中，具有体心立方结构的β相弹性模量最低。设计和开发具有更低的弹性模量的β钛合金成为医用钛合金材料开发的重点。Nb与β-Ti晶格相同，能无限固溶于β相中，而不形成化合物。因此，Ti-Nb类合金是目前研究和开发的最主要的医用β型钛合金，包括Ti-Nb二元系,Ti-Nb-Ta、Ti-Nb-Zr及Ti-Mo-Nb等三元系及Ti-Nb-Ta-Zr等四元系合金。虽然Nb属于β相稳定元素且无毒性，但获得完全β相的加入量大。研究表明，对于Ti-Nb合金，只有当Nb量达到42％，经过水淬β相才能完全保留到室温。Nb属于贵重的稀有元素，加入量大势必造成合金成本的提高。另外，Nb的熔点高达2468℃，这势必造成熔炼的困难，形成的组织易产生偏析，影响力学和耐腐蚀性能。因此，以廉价的强β相稳定元素代替Nb元素形成的β型钛合金具有很大的研究、开发价值。Ti-Nb基合金由于具有低的弹性模量和较好的形状记忆效应，是最有潜力开发使用的医用钛合金。一些Ti-Nb基的亚稳定钛合金已经得到了应用，如Ti-13Nb-13Zr，Ti-35Nb-5Ta-7Zr，Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr，Ti-39Nb-5.1Ta-7.1Zr(TNTZ)和Ti-34Nb-9Zr-8Ta。这些钛合金在获得低的弹性模量的同时却造成合金强度较低。有的弹性模量较高，但合金的强度却不足600MPa，如Ti-35Nb-5Ta-7Zr。为了满足生物医用材料好的生物相容性的特点外，还应该使得材料具有中等的强度和较低的弹性模量。一般来讲，材料的抗拉强度大于650MPa，弹性模量在70GPa以下，可满足骨科，牙科等生物医用领域的应用。Mn是强β相稳定元素，且其对β相具有较大的固溶强化效应。作为世界卫生组织确认的14种人体必需的微量元素之一，研究表明当Mn≤13％时，Ti-Mn合金具有优良的细胞存活率，与CP-Ti的相当，微量Mn具有生物安全性。Mn是安全无毒强β相稳定元素，研究合适的加入量代替Nb元素以期高的抗拉(去掉抗拉)强度和低的弹性模量。因此，一种的Ti-Nb-Mn合金及其制备方法成为解决问题的关键。
技术实现思路
作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本专利技术的专利技术人已经发现：选取安全无毒强β相稳定元素Mn，部分替代Nb贵重金属，降低熔炼难度，易于固溶处理，同时避免组织产生偏析，改善力学性能，提高抗拉强度，保持低弹性模量。本专利技术的一个目的提供一种Ti-Nb-Mn合金，其具有较高抗拉强度和较低的弹性模量。本专利技术还有一个目的在于提供一种Ti-Nb-Mn合金的制备方法，其制备的合金具有较高抗拉强度和较低的弹性模量。为实现上述目的，本专利技术提供一种Ti-Nb-Mn合金，该合金由如下重量百分比组成：钛72％～73％；铌23％-24％；锰3％-5％。优选的是，该合金由如下重量百分比组成：钛73％；铌24％；锰3％。优选的是，所述Ti-Nb-Mn合金合的屈服强度为728～731MPa。优选的是，所述Ti-Nb-Mn合金合的抗拉强度为737～893MPa。优选的是，所述Ti-Nb-Mn合金合的硬度值达328～340HV。优选的是，所述Ti-Nb-Mn合金合的弹性模量为82～87GPa。一种用于制备上述任一项所述的Ti-Nb-Mn合金的方法，包括如下步骤：a、按照重量百分比72％～73％的钛、23％～24％的铌、3％～5％的锰进行配料，置于真空电弧熔炉中，反复熔炼3～6次，冷却后获得到母合金锭；b、将步骤a中获得的母合金锭放入石英管中，对盛有母合金锭的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到3×10-4～1×10-3Pa，再将盛有母合金锭的石英管放入井式电阻炉中加热至900～920℃，保温25～35min；快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，得到形成β型Ti-Nb-Mn合金。优选的是，在步骤a中，将钛、铌和锰金属置于真空电弧熔炉前，还应打磨去除表面氧化层，超声波清洗3～6分钟。优选的是，在步骤b中，真空管内的真空度为5×10-4～8×10-4Pa。优选的是，在步骤b中，加热温度为905～915℃，保温28～32min。。本专利技术的有益效果是：1、具有较高抗拉强度和较低的弹性模量；2、用安全无毒强β相稳定元素Mn，部分替代Nb贵重金属，降低熔炼难度，易于固溶处理；3、安全无毒强β相稳定元素Mn，降低了生产成本。附图说明图1不同含Mn量的合金XRD图谱；图2合金的伸长率σ、屈服强度σs、抗拉强度σb与含Mn量的关系曲线；图3不同含Mn量合金的显微硬度和弹性模量。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。实施例1本专利技术提供一种Ti-Nb-Mn合金，以重量百分比计，包括：钛73％、铌24％和锰3％。本专利技术所述一种Ti-Nb-Mn合金的制备方法如下：a、按照如上重量百分比，称取钛73g、铌24g和锰3g，打磨去除表面氧化层，超声波清洗5分钟，置于真空电弧熔炉中，反复熔炼5次，冷却后获得到母合金锭；b、将步骤a中获得的母合金锭放入石英管中，对盛有母合金锭的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到8×10-4Pa，再将盛有母合金锭的石英管放入井式电阻炉中加热至910℃，保温30min；快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，得到形成β型Ti-Nb-Mn合金。实施例2本专利技术提供一种Ti-Nb-Mn合金，以重量百分比计，包括：钛72％、铌23％和锰5％。本专利技术所述一种Ti-Nb-Mn合金的制备方法如下：a、按照如上重量百分比，称取钛72g、铌23g和锰5g，打磨去除表面氧化层，超声波清洗3分钟，置于真空电弧熔炉中，反复熔炼6次，冷却后获得到母合金锭；b、将步骤a中获得的母合金锭放入石英管中，对盛有母合金锭的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到3×10-4Pa，再将盛有母合金锭的石英管放入井式电阻炉中加热至920℃，保温25min；快速将石英管淬入饱和NaCl溶液中，得到形成β型Ti-Nb-Mn合金。实施例3本专利技术提供一种Ti-Nb-Mn合金，以重量百分比计，包括：钛72.5％、铌23.5％和锰4％。本专利技术所述一种Ti-Nb-Mn合金的制备方法如下：a、按照如上重量百分比，称取钛72.5g、铌23.5g和锰4g，打磨去除表面氧化层，超声波清洗6分钟，置于真空电弧熔炉中，反复熔炼3次，冷却后获得到母合金锭；b、将步骤a中获得的母合金锭放入石英管中，对盛有母合金锭的石英管进行抽真空，使其内部的真空度达到1×10-3Pa，再将盛有母合金锭的石英管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti‑Nb‑Mn合金，其特征在于，该合金由如下重量百分比组成：钛72％～73％；铌23％‑24％；锰3％‑5％。

【技术特征摘要】
1.一种Ti-Nb-Mn合金，其特征在于，该合金由如下重量百分比组成：钛72％～73％；铌23％-24％；锰3％-5％。2.如权利要求1所述的Ti-Nb-Mn合金，其特征在于，该合金由如下重量百分比组成：钛73％；铌24％；锰3％。3.如权利要求1所述的Ti-Nb-Mn合金，其特征在于：所述Ti-Nb-Mn合金合的屈服强度为728～731MPa。4.如权利要求1所述的Ti-Nb-Mn合金，其特征在于：所述Ti-Nb-Mn合金合的抗拉强度为737～893MPa。5.如权利要求1所述的Ti-Nb-Mn合金，其特征在于：所述Ti-Nb-Mn合金合的硬度值达328～340HV。6.如权利要求1所述的Ti-Nb-Mn合金，其特征在于：所述Ti-Nb-Mn合金合的弹性模量为82～87GPa。7.一种用于制备权利要求1～5任一项所述的Ti-Nb-Mn合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：a、按照重量百分比72％...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，吴芳谷，魏志勇，唐仕川，张杰，要栋梁，李洁，
申请(专利权)人：北京市劳动保护科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11