一种耐腐蚀钛合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd 0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。本发明专利技术严格控制各元素的含量，在本发明专利技术中，所述Pd元素主要作用是提高其抗间隙腐蚀能力，提高了钛合金表面吸氢能力的抗污染作用；同时在Pd元素的基础上，结合Zr元素的添加，由于Zr作为钝化金属相对于Ti的致钝电位更负，钝化能力更强，更易在合金表面生成钝化膜，合金在多种腐蚀介质中的耐腐蚀性能均得到提升。实验结果表明，本发明专利技术提供的耐腐蚀钛合金的与相同处理工艺获得的对比合金(Ti‑0.04Pd)相比较，在氯化钠溶液中的抗腐蚀能力提升幅度达11.28～66.29％。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀钛合金及其制备方法
本专利技术涉及钛合金
，特别涉及一种耐腐蚀钛合金及其制备方法。
技术介绍
钛合金以其高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优势，具有广泛的应用优势，在海洋工程、航空航天、生物医学、冶金、化工、轻工等诸多领域均得到重视。随着钛及钛合金被广发应用，如今医学的不断发展和对人体健康的不断关注，生物医学领域对钛合金的性能提出了更为苛刻的要求，传统钛合金在弹性模量和耐腐蚀方面难以满足当下人体植入材料的要求，作为人体植入材料，应具有较低的弹性模量，避免由于应力遮挡效应而产生的人体骨骼损伤及骨质疏松等情况发生，还应该具备优异的耐腐蚀性能，以满足长期在人体体液环境下的正常服役情况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀钛合金及其制备方法。本专利技术提供的钛合金具有良好的耐腐蚀性，并且弹性模量低，满足人体植入材料对弹性模量和耐腐蚀性的要求。本专利技术提供了一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。优选的，所述耐腐蚀钛合金包括Pd0.04～0.25％、Zr5～40％和余量的Ti。优选的，所述耐腐蚀钛合金含有板条状α′相组成的网篮组织；所述板条状α′相的宽度为0.62～3.99μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐腐蚀钛合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行固溶处理，得到固溶态坯；(3)将所述步骤(2)得到的固溶态坯进行退火处理，得到耐腐蚀钛合金。优选的，所述步骤(1)中熔炼为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度为2000～2500℃。优选的，所述步骤(1)中熔炼反复进行5次以上。优选的，所述步骤(2)中固溶处理的保温温度为750～900℃，固溶处理的保温时间为60～90min，固溶处理的冷却方式为水淬。优选的，所述步骤(2)固溶处理的保温过程和步骤(3)中退火处理的保温过程独立地在保护气氛下进行。优选的，所述步骤(3)中退火处理的保温温度为400～500℃，退火处理的保温时间为2～3h，退火处理的冷却方式为随炉冷。本专利技术提供了一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。本专利技术严格控制各元素的含量，在本专利技术中，所述Pd元素主要作用是提高其抗间隙腐蚀能力，提高了钛合金表面吸氢能力的抗污染作用；同时在Pd元素的基础上，结合Zr元素的添加，由于Zr作为钝化金属相对于Ti的致钝电位更负，钝化能力更强，更易在合金表面生成钝化膜，合金在多种腐蚀介质中的耐腐蚀性能均得到提升。实验结果表明，本专利技术提供的耐腐蚀钛合金的与相同处理工艺获得的对比合金(Ti-0.04Pd)相比较，在氯化钠溶液中的抗腐蚀能力提升幅度达11.28～66.29％。附图说明图1为实施例1制得的钛合金的金相光学显微图；图2为实施例2制得的钛合金的金相光学显微图；图3为实施例3制得的钛合金的金相光学显微图；图4为实施例4制得的钛合金的金相光学显微图；图5为实施例5制得的钛合金的金相光学显微图；图6为实施例6制得的钛合金的金相光学显微图；图7为本专利技术拉伸性能测试用拉伸试样尺寸图。具体实施方式本专利技术提供了本专利技术提供了一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。本专利技术提供的耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd0.04～0.25％，优选为0.1～0.2％，更优选为0.15％。在本专利技术中，所述Pd元素主要作用是提高其抗间隙腐蚀能力，提高了钛合金表面吸氢能力的抗污染作用。本专利技术提供的耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Zr(0,50％]，进一步优选为Zr5～40％，优选为10～30％，进一步优选为15～25％，更优选为20～22％。在本专利技术中，Zr与Ti可以无限固溶，固溶进Ti基体的Zr元素即起到固溶强化的作用；同时由于Zr元素的添加会引起晶格畸变，这些缺陷会导致在形核过程中，形核点增多，形核的密度增加，起到晶粒细化到作用；Zr固溶到Ti基体中，提升了合金的强度与耐腐蚀性能，使其在大多数酸、碱、盐的介质中均有优异的耐蚀能力，且Zr的生物相容性优良；Zr元素的添加，不仅可以通过固溶强化、细晶强化机制提升合金的力学性能，优化合金显微组织，增强合金的耐腐蚀性能，还能适当降低合金相转变温度。并且在Pd的基础上，结合Zr元素的添加，由于Zr作为钝化金属相对于Ti的致钝电位更负，钝化能力更强，更易在合金表面生成钝化膜，合金在多种腐蚀介质中的耐腐蚀性能均得到提升。本专利技术提供的耐腐蚀钛合金，按质量含量计，除上述各元素外，包括余量的Ti。在本专利技术中，所述耐腐蚀钛合金优选含有板条状α′马氏体相(即α′相)组成的网篮组织。在本专利技术中，所述高强耐腐蚀钛合金中板条状α′相的宽度优选为0.62～3.99μm，进一步优选为0.89～1.64μm；板条得到细化，耐腐蚀钛合金的强韧性得以提高。本专利技术还提供了上述技术方案所述的耐腐蚀钛合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行固溶处理，得到固溶态坯；(3)将所述步骤(2)得到的固溶态坯进行退火处理，得到耐腐蚀钛合金。本专利技术将合金原料熔炼后得到铸态合金坯。本专利技术对所述合金原料的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的钛合金熔炼的合金原料以能得到目标组分的钛合金为准。在本专利技术中，所述合金原料优选包括海绵钛、海绵锆、纯铝、纯铌和纯钽。本专利技术对各种合金原料的比例没有特殊的限定，能够使最终合金成分满足要求即可。在本专利技术中，所述熔炼优选为真空电弧熔炼，所述真空电弧熔炼的温度优选为2000～2500℃，更优选为2200～2400℃，最优选为2250～2300℃；所述熔炼的时间优选为3～5min，更优选为4min。在本专利技术中，所述真空电弧熔炼的真空度优选为0.04～0.05MPa，在一定氩气条件下进行。当采用真空电弧熔炼时，本专利技术优选先将炉腔内真空度抽至9×10-3Pa以下，再通入氩气气体；所述氩气的通入量以满足电弧熔炼用电离气体的量即可。本专利技术对所述真空电弧熔炼的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。本专利技术采用先抽真空再通入氩气的方式首先能够避免Ti与Zr在高温的情况下，大量吸氢吸氧吸氮，发生氧化，还能为电弧熔炼提供电离气体。本专利技术在熔炼时，熔炼液向固态转变的过程中β相优先形核长大，得到β相坯体，为后续固溶处理以及时效处理的相转变提供基础。在本专利技术中，所述熔炼优选反复进行5次以上，进一步优选为6～10次，熔炼后得到铸态合金坯。在本专利技术中，当反复进行熔炼时，所述熔炼优选在真空电弧熔炼炉中的进行；具体的：将金属原料在电弧熔炼炉中进行熔炼，得到熔炼液；随后冷却得到铸坯，再翻转铸坯后进行熔炼，再次得到熔炼液，再次冷却熔炼液，得的铸坯，以此反复5次以上，确保得到的铸态坯成分均匀。所述熔炼前，本专利技术优选将所述合金原料进行超声清洗；本专利技术对所述超声清洗的具体实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。得到铸态合金坯后，本专利技术将所述铸态合金坯进行固溶处理，得到固溶态坯。在本专利技术中，所述固溶处理的保温温度优选为750～900℃，进一步优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd 0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀钛合金，按质量含量计，包括Pd0.04～0.25％、Zr(0,50％]和余量的Ti。2.根据权利要求1所述的耐腐蚀钛合金，其特征在于，所述耐腐蚀钛合金包括Pd0.04～0.25％、Zr5～40％和余量的Ti。3.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀钛合金，其特征在于，所述耐腐蚀钛合金含有板条状α′相组成的网篮组织；所述板条状α′相的宽度为0.62～3.99μm。4.权利要求1～3任意一项所述的耐腐蚀钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将合金原料熔炼后得到铸态合金坯；(2)将所述步骤(1)得到的铸态合金坯进行固溶处理，得到固溶态坯；(3)将所述步骤(2)得到的固溶态坯进行退火处理，得到耐腐蚀钛合金。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，刘曙光，周奕年，马明臻，张兵，李波，张新宇，罗雷，
申请(专利权)人：中鼎特金秦皇岛科技股份有限公司，燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13