复合制品的制备方法技术

通过使用少量的铌、钽、或钒或其混合物，取得某些钛锆合金的可控制的氧化，从该合金形成的制品可以部分氧化形成含有深层的、硬质的整体氧化物的表面层，或者进一步完全氧化形成金属陶瓷或陶瓷体。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在金属上的陶瓷涂层、成形的陶瓷体，金属陶瓷制品、复合材料制品的制造，和用于这样的制造的合金，更具体地，本专利技术涉及的领域为反应形成陶瓷，及其制品，和用于这些陶瓷制造的合金。许多钛与锆或铪的合金的特征在于，它们在中等的高温下在空气中迅速氧化。这个特性极大地限制了这样的合金在许多应用中的使用，否则，可以很好地使用这些合金的其它物理性能。具体地，由于在空气中该合金在较低的温度下的可能的燃烧，使该合金的轻质、高强和耐腐蚀性，及其导电性、生物相容性、易于闭模成形和其它理想的性能都没有完全开发。目前可用的减少这些合金在使用中氧化的方法还不能完全解决氧化问题。因此，本专利技术的一个目的是为一类钛锆合金提供应用。本专利技术的另一个目的是提供直接从这样的合金及其制品形成一类反应形成陶瓷的制备方法。本专利技术的另一个目的是提供在这样的金属合金上形成紧密结合的表面的一种方法，和修补这样的整体表面的一种方法，该表面是坚硬的、光滑的、基本惰性的，适用于从刀具到可植入的矫形部件的广泛的应用。附图说明图1是表III中表示的700℃下特定合金的增重与时间的函数关系的某些结果的图解表示。图2是表III中表示的800℃下特定合金的增重与时间的函数关系的某些结果的图解表示。图3是钛锆合金中添加各种量的铌对氧化速率的影响的图解表示。图4是通过添加各种量的铌钝化的富钛的锆合金钝化范围的三元氧化相图(用原子百分数表示)。图5是Levin，E.and H.McMurdie在Phase Diagrams for Ceramists，1975 Supplement，P.169 American Ceramic Society中发表的混合的钛、锆和铌的氧化物在1500℃的相图。图6是在750℃空气中氧化10分钟的根据本专利技术的钝化的Ti-Zr-Nb合金的倾斜试样的、表示该试样表面的显微照片。图7是在750℃空气中氧化20分钟的根据本专利技术钝化的Ti-Zr-Nb合金的倾斜试样的、表示该试样表面的显微照片。图8是在750℃空气中氧化30分钟的根据本专利技术钝化的Ti-Zr-Nb合金的倾斜试样的显微照片。图9是在1200℃氮化1小时的纯锆的显微照片。图10是在1200℃氮化1小时的钛的显微照片。图11是根据本专利技术的钝化的Ti-Zr-Nb合金在1200℃氮化1小时的显微照片。图12是根据本专利技术的钝化的Ti-Zr-Nb合金在1200℃氮化6小时的显微照片。图13是在800℃空气中氧化10分钟的根据本专利技术钝化的Ti-Zr-Nb合金的倾斜试样的、表示该试样表面的显微照片。图14是在800℃空气中氧化30分钟的根据本专利技术钝化的Ti-Zr-Nb合金的倾斜试样的、表示该试样表面的显微照片。图15是在1300℃空气中氧化的根据本专利技术钝化的Ti-Zr-Nb合金的薄金属截面的显微照片。图16是在1200℃空气中氧化24小时的，本专利技术的合金的显微照片。图17是在1000℃空气中氧化39小时的，本专利技术的合金的显微照片。图18是在1100℃空气中氧化64小时的，本专利技术的合金的显微照片。图19是根据本专利技术在1400℃形成的一种陶瓷的200倍显微照片。图20是根据本专利技术在1500℃形成的一种陶瓷的200倍显微照片。图21是以原子百分数表示的、对于所有的Ti、Zr和Nb合金、由于添加Nb产生的整个钝化范围的三元氧化相图。图22是用原子百分数表示、通过添加各种量的铌钝化的富钛的锆合金钝化范围的三元氧化相图。图23是含有TiZrTa和TiZrNb的合金增重与温度的函数关系的图解表示。专利技术人已经发现，通过提供由一种含有钛、锆、和/或铪以及选自由铌、钽和钒组成的组中的少量金属的合金构成的基体，可以获得在金属体内形成的陶瓷体和各种陶瓷表面层。通过金属合金基体的控制氧化，可以获得金属的原位氧化。而且，在少量铌或钽的存在下使钛锆合金对快速氧化钝化时，本专利技术特别有效。另外，通过与选定的氧化剂反应，通过合适的氧化条件的选择，形成整体的金属陶瓷或陶瓷体或者陶瓷结构，可以在整个金属合金结构内形成含有选定的金属合金内的金属的氧化物。正如本说明书和附属的权利要求书中所用的，下面的术语将如下定义“陶瓷”不限制于传统意义上的陶瓷材料，即，它完全包括非金属和无机材料，但是更偏向于指那些组成或主要性质主要为陶瓷的一种材料，虽然该材料可能含有少量的或大量的一种或多种金属组分。“微气孔率”气孔直径为1-10μm数量级的气孔率，与气孔直径大于10μm的“宏观气孔率”相反。“氧化反应产物”一般是指一种或多种处于氧化态的金属，其中，金属已经给出了电子，或者与另一种元素或其混合物或化合物共用电子。因此，在该定义下的“氧化反应产物”包括一种或多种金属与一种氧化剂反应的产物，如在本申请中所描述的那些产物。“氧化剂”是指一种或多种合适的接受电子物质或共用电子物质，它们可以是固体、液体或气体、或者在工艺条件下的这些状态的混合。“母体金属”是指相对纯的金属、商业上可得到的含有杂质和/或其中的合金组分的金属、和金属的合金和金属间化合物。在提到特定的金属时，要记住用该定义说明该金属，除非上下文表明有其它的意义。如下文所述，可以使用固体的、液体的或气相的氧化剂，或这样的氧化剂的组合。例如，可以强调的氧化剂包括但不局限于氧气、氮气、氨气、卤素、硫、磷、砷、碳、硼、硒、碲及其化合物和混合物，例如，二氧化硅(作为氧源)、甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯、和丙烯(作为碳源)、和混合物，如，空气、裂解氨、N2/H2、H2/CH4和其它碳氢化合物、H2/H2O和CO/CO2，后两种(即H2/H2O和CO/CO2)在降低环境的氧活性方面是有用的。气相(气体)氧化剂是优选的，这里描述本专利技术是使用气相氧化剂的具体实施方案。如果使用一种气体或气相氧化剂，术语“气相氧化剂”是指提供氧化气氛的、蒸发的或通常为气态的物料。例如，由于明显的经济上的原因，氧气或含有氧气的气体，包括空气，是优选的。当一种确定氧化剂被指定为含有或由一种特定的气体或蒸汽组成时，这意味着在用于所应用的氧化环境的条件下的氧化剂中，其中所确定的气体或蒸汽是在一定条件下的唯一的母体金属的氧化剂。例如，虽然空气的主要成分是氮气，但是空气中的氧气是母体金属的氧化剂，因为氧气是明显比氮气强的氧化剂。因此，空气落入“含氧气体”氧化剂定义范围内，而通常不落入“含氮气体”氧化剂的定义范围内。在其优选的实践中，下文将描述关于钛、锆或铪、或者后者的混合物的合金，其中加入少量的其它的特定金属，特定金属的添加量应该足以使整个合金比不加所说的金属在所述温度下对快速氧化(类似于燃烧)的抵抗性更强。应该理解，以任何方式对氧化条件进行足够的控制以防止快速氧化时，较宽的组成限制在本专利技术的实践中是可能的。例如，使用足够量的惰性气体稀释剂或还原气体稀释剂以防止发生无控制的氧化反应时，或保护合金的表面使其不会未缓和地暴露于高浓度的气态氧化剂中时，可以防止无控制的氧化反应发生。但是，为了获得较好的金相性能，使氧化反应在高温下、在常压的空气中进行可能是有必要的，即，通常会发生燃烧的条件下。因此，用少量的选自由铌、钽或钒或其混合物组成的组中的钝化金属或金属合金，来钝化含锆或铪、或其混合物的钛合金是必要的。在使用过压的氧气和用铌、钽或钒钝化钛合本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过金属合金制品的氧化生产的含有一种反应形成陶瓷的制品，所说的合金至少含有第一种金属钛、选自由锆和铪及其混合物组成的组中的第二种金属和选自由铌、钽、钒及其混合物组成的组中第三种金属，所说的第三种金属以足够的量存在，以减慢在约３００℃以上的第一种金属和第二种金属的合金的预期氧化速度，所说的整个合金在约８００℃和１５００℃之间的温度下氧化足够的时间，使该合金部分地或完全地转变为所说的选定的第一、第二和第三种金属的相应的氧化物或其混合氧化物，所说的氧化物在足够高的温度下形成，以产生具有均匀气孔率的硬质陶瓷制品。２．通过金属合金制品的氧化生产的含有一种反应形成陶瓷的制品，所说的合金至少含有第一种金属钛、选自由锆和铪及其混合物组成的组中的第二种金属和选自由铌、钽、钒及其混合物组成的组中第三种金属，所说的第三种金属在合金中以足够的量存在，以减慢在３００℃以上的第一种金属和第二种金属的合金的预期氧化速度，所说的合金在约３００℃和８００℃之间的温度下氧化足够的时间，使该金属合金制品的表面完全转变为选定的第一、第二和第三种金属的相应的氧化物，或其混合氧化物，所说的氧化物表面的特征在于它是致密的、硬质的、光滑的并紧密结合在下面的金属合金上，表现出优于在选定的第一、第二和第三种金属的合金上形成的表面氧化物层的耐冲击性和耐磨性，其中，第三种金属的量不足以减慢该合金中其它金属的氧化速度，此时，其它金属的比例使该合金在所使用的温度下，在空气中通常发生失控的氧化。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DD艾米克，JC海格思，HR汉森，SB拜德瑞，KW司多瑞，
申请(专利权)人：泰利达因工业有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]