一种制造超弹性β钛金属物件的方法及由此获得的物品技术

一种通过含有下述组分的组合物制成的物品：约８％～约１０％的钼、约２．８％～约６％的铝、高至２％左右的铬、高至２％左右的钒、高至４％左右的铌，余量是钛；其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比。一种通过含有下述步骤的方法制成的物品：将包含约８％～约１０％的钼、约２．８％～约６％的铝、高至２％左右的铬、高至２％左右的钒、高至４％左右的铌，余量是钛的组合物进行成型，其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比；对成型物进行冷煅；对成型物进行溶液热处理。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及超弹性钛合金、制造该合金的方法及由此获得的物品。经马氏体转变(martensitic transformation)的合金可能显示出一种“形状记忆效应”。通过这种转变，被称作“奥氏体”的高温相合金以一种较少扩散(diffusion-less)的剪切步骤纳入一种被称作“马氏体”的低对称性结构而改变了它的晶体结构。对于形状记忆合金，该步骤是一个可逆转的步骤，在加热时发生逆转性转变。这种冷却或马氏体转变的起始温度通常称作上Ms温度，其结束温度被称作上Mf温度。相反的奥氏体转变的起始温度、结束温度分别被称作是As、Af温度。当温度低于Af时，能可逆性马氏体转变的合金可以变形成低温的马氏体，或通过一种应力所致的马氏体转变过程而变形为高温的奥氏体。这些合金通常在加热到温度超过Af后将回复它们的原始形状，且因此被称作是形状记忆合金。温度高于Af时，应力所致的马氏体不稳定，将通过变形而回变到奥氏体状态。这种应力所致的马氏体回变到奥氏体过程相关的应变回复(strainrecovery)通常被称作是“伪弹性”或“超弹性”，定义见《ASTMF2005，Standard Terminology for Nickel-Titanium Shape MemoryAlloys》。这两个术语可以互换，其定义是在不具备一种基于机械力诱导的晶态改变过程的高弹性的前提下，形状记忆合金能够弹性回复进行剧烈变形的能力。镍钛诺是一种形状记忆合金，它含有配比接近的镍与钛。在伪弹性镍钛诺变形时，应力导致的马氏体的形成使得合金的应变于一个相对恒定的应力下增加。通过去负载，在另一个恒定的应力下马氏体回变成奥氏体。因此，伪弹性镍钛诺的经典的应力-应变曲线显示出负载、去负载两个应力平台。然而，由于应力是不同的，这些平台并不相同，这也体现了镍钛诺的机械滞后作用的形成。因此伪弹性镍钛诺中可以有大约8％～大约10％的变形回复。冷态锻制的镍钛诺也显示出扩展的线性弹性。具有线性弹性的镍钛诺组合物不出现任何的平台，但是可以回复高至3.5％的应变。这种行为通常定义为“线性超弹性”，以于转变所致的“伪弹性”或“超弹性”相区别。这些性质大致上使得镍钛诺这种材料被广泛使用于许多场合，如医疗展幅机、向导金属丝、外科器械、正畸器械、手机天线、以及眼镜的框架于其他组件。然而，镍钛诺难以通过成型或焊接制造，使得涉及物件的制造不仅费时，而且昂贵。另外，有些使用者对镍过敏。概要在一个实施方式中，物品通过含有下述组分的组合物制成约8％～约10％的钼、约2.8％～约6％的铝、高至2％左右的铬、高至2％左右的钒、高至4％左右的铌，余量是钛；其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比。在另一个实施方式中，物品通过含有下述组分的组合物制成约8.9％的钼、约3.03％的铝、约1.95％左右的钒、约3.86％左右的铌，余量是钛。在另一个实施方式中，物品通过含有下述组分的组合物制成约9.34％的钼、约3.01％的铝、约1.95％左右的钒、约3.79％左右的铌，余量是钛。在另一个实施方式中，物品以含有下列步骤的方法制成将包含大约8％～约10％的钼、约2.8％～约6％的铝、高至2％左右的铬、高至2％左右的钒、高至4％左右的铌，余量是钛的组合物进行成型，其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比；对成型物进行冷加工；对成型物进行热处理。在另一个实施方式中，物品以含有下列步骤的方法制成将包含大约8％～约10％的钼、约2.8％～约6％的铝、高至2％左右的铬、高至2％左右的钒、高至4％左右的铌，余量是钛的金属丝进行冲模，其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比；对成型物进行冷加工；对成型物进行热处理。在另一个实施方式中，由β钛合金制造出的物件可能是眼镜及组件、表面插入物或高尔夫球棒棒头、正畸用弓形金属丝、牙科植入物、医用展幅机、滤器、衬垫、外科工具、整形用假体、整形用骨折固定设备、脊柱熔接与脊柱侧突矫正装置或导管引入器(向导金属丝)、及其类似物。附图简要说明附图说明图1示眼镜镜框100的等轴图。图2是边撑130的一种可能的构成图。图3A是高尔夫球棒的斜角边缘插入物的主视图、侧视图与仰视图。图3B是高尔夫球棒舌体及沟槽边缘插入物的仰视图。图4A是具有插入物的球棒表面的主视图。图4B是图4A的仰视对应图，显示插入物的剪切(cut-out)轮廓。图5是具有插入物的球棒表面的主视图。图6A-D图示说明了一种装配高尔夫球棒的方法。图7显示了钼的含量的变化对弹性的影响。图8显示了350℃下老化对表1的样本4的弹性回复的影响。图9显示了350℃下老化对表1的样本4的弹性回复的影响。图10显示了350℃下老化对表1的样本6的弹性回复的影响。图11显示了250～550℃下老化10秒钟对表1的样本4的弹性回复的影响。图12显示了250～550℃下老化10秒钟对表1的样本5的弹性回复的影响。图13显示了冷牵拉的累计减少量对表2的样本11的UTS的影响。图14显示了冷牵拉的累计减少量对表2的样本11的Young’s模数的影响。图15显示了具有表2中的样本11组合物的金属丝在19.4％的牵拉下降值时2％应变下测定的应力-应变曲线。图16显示了具有表2中的样本11组合物的金属丝在19.4％的牵拉下降值时于4％应变下测定的应力-应变曲线。图17的光学显微图显示了具有表2中的样本10组合物的冷牵拉金属丝在14％的下降值时的微结构。图18的光学显微图显示了具有表2中的样本10组合物的冷牵拉金属丝在14％的下降值时经816℃热处理30分钟后的部分重结晶的微结构。图19的光学显微图显示了具有表2中的样本10组合物的冷牵拉金属丝在14％的下降值时经871℃热处理30分钟后的完全重结晶的微结构。图20的光学显微图显示了失电子后的表2中的样本10经816℃热处理30分钟后的微结构。图21的光学显微图显示了失电子后的表2中的样本10经788℃热处理30分钟后的微结构。图22显示了失电子后的表2中的样本10经500-900℃热处理30分钟后的UTS。图23显示了失电子后的表2中的样本10经500-900℃热处理30分钟后的易延展性。图24显示了经871℃淬火的具有表2中的样本11组合物的金属丝于4％应变下测定的抗拉应力-应变曲线。图25的光学显微图显示了具有表2中的样本11的组合物的金属丝经871℃分股淬火后的微结构。图26是展幅机的图。图27是导管及刺针组件的透视图。图28是含有针尖保护件的刺针组件及导管组件的展开式透视图。图29是骨骼变形及固定器械的部分的展开式透视图，显示传动器、具有套管及内外螺纹的骨钉。图30是图29的骨骼变形及固定组件的侧面立面图。图31是图30的骨骼变形及固定组件的截面图。图32是弓形金属丝的一种形状的示例。图33是图32的放大的线2-2间的侧面视图。图34是具有口腔定位的正畸支架的弓形金属丝的示例。优选实施方式的详述在此公开的由β钛合金制造出的物件可能是眼镜的外框及组件、表面插入物或高尔夫球棒棒头、正畸用弓形金属丝、牙科植入物、整形用假体、整形用骨折固定设备、脊柱熔接与脊柱侧突矫正装置、医用展幅机、滤器、衬垫、或导管引入器(向导金属丝)、及其类似物。β钛合金不仅显示出伪弹性，而且具有线性超弹性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过含有下述组分的组合物制成的物品：约８％～约１０％的钼；约２．８％～约６％的铝；高至２％左右的铬；高至２％左右的钒；高至４％左右的铌；余量是钛；其中百分比是基于合金组合物总重的重量百分比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：明H吴，
申请(专利权)人：梅莫瑞公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]