一种低成本高强Ti‑Zr‑Fe医用钛合金，属于金属合金技术领域。本发明专利技术所提供的合金中各组分及其重量百分比为：Zr含量为5.5～6.5％,Fe含量为4～7％，余量为Ti。其中优选合金中Zr的重量百分比为5.8～6.3％,Fe含量为4.5～6％。本发明专利技术由于加入低成本Fe元素，根据Mo当量使得合金为β钛合金，且降低钛合金成本，显微硬度提高，由于加入钝化元素Zr，使合金的耐蚀性未因Fe的加入而大幅降低。由此可推断，Ti‑Zr‑Fe系合金有望成为具有成为医用钛合金植入体应用潜力的有效合金体系。
【技术实现步骤摘要】
一种低成本高强Ti-Zr-Fe医用钛合金
本专利技术属于金属合金
，具体涉及添加Zr、Fe元素的Ti合金。
技术介绍
文献查阅结果表明，生物医用钛合金植入体对钛合金有低弹耐磨要求，β钛合金因其低弹性模量特点成为未来医用钛合金发展方向。当前医用钛合金研究主要是添加Ta、Nb等β稳定元素及Zr、Sn中性元素来调配合金成分，以达到低弹耐磨要求。虽然Ta、Nb元素对铝合金的弹性模量的降低具有显著的作用，但是其昂贵的价格及高熔点大大限制了其应用范围。而Fe元素具有强稳定β作用，在Ti合金中具有许多积极的作用，其固溶强化作用高、熔点接近Ti，同时Zr具有钝化合金及与Ti熔点相近，我们前期的实验结果也对TiZrFe系合金进行处理，其具有显著优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种医用TiZrFe合金。本专利技术所提供TiZrFe合金，其中各合金组分及其重量百分比为：Zr含量为5.5～6.5％，Fe含量为4～7％，余量为Ti。合金中元素优选Zr的重量百分比为5.8～6.3％，Fe含量为4.5～6％。本专利技术所提供的TiZrFe合金，是采用传统的水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉熔炼制备：将海绵钛、海绵锆、高纯铁粒加入到坩埚中，于坩埚中反复三次熔炼，水冷铜坩埚冷却，获得合金铸锭；合金铸锭经切头、铣面后获得合金试样。对合金试样进行720℃-840℃固溶处理1h，并迅速水冷，测试各状态试样显微硬度；对合金试样进行840℃固溶处理1h后水冷，进行250℃-600℃时效处理4h后空冷，测试各状态试样显微硬度。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术由于加入低成本Fe元素，根据Mo当量准则设计为β钛合金，且降低钛合金成本，提高显微硬度，由于加入钝化元素Zr，使合金的耐蚀性未因Fe的加入而大幅降低。由此可推断，Ti-Zr-Fe系合金有望具有成为医用钛合金植入体应用潜力的有效合金体系。附图说明图1：不同Fe含量合金XRD物相分析。图2：不同Fe含量对合金显微硬度变化曲线。图3：不同Fe含量铸态合金腐蚀电位及电流密度。图4：固溶温度对合金显微硬度变化曲线。图5：时效温度对合金显微硬度变化曲线。具体实施方式以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步描述，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1将海绵钛(3600g)、海绵锆(240g)、高纯铁(160g)加入到铜坩埚中，在真空感应悬浮熔炼炉中熔炼目标合金，等合金完全熔化后冷却成铸锭，将铸锭取出反向进行二次熔炼，取出铸锭再次反向熔炼，完全熔化冷却后，取出铸锭。将铸锭进行切头、铣面获得合金试样即Ti6Zr4Fe。实施例2将海绵钛(3560g)、海绵锆(240g)、高纯铁(200g)加入到铜坩埚中，在真空感应悬浮熔炼炉中熔炼目标合金，等合金完全熔化后冷却成铸锭，将铸锭取出反向进行二次熔炼，取出铸锭再次反向熔炼，完全熔化冷却后，取出铸锭。将铸锭进行切头、铣面获得合金试样即Ti6Zr5Fe。实施例3将海绵钛(3520g)、海绵锆(240g)、高纯铁(240g)加入到铜坩埚中，在真空感应悬浮熔炼炉中熔炼目标合金，等合金完全熔化后冷却成铸锭，将铸锭取出反向进行二次熔炼，取出铸锭再次反向熔炼，完全熔化冷却后，取出铸锭。将铸锭进行切头、铣面获得合金试样即Ti6Zr6Fe。实施例4将海绵钛(3480g)、海绵锆(240g)、高纯铁(280g)加入到铜坩埚中，在真空感应悬浮熔炼炉中熔炼目标合金，等合金完全熔化后冷却成铸锭，将铸锭取出反向进行二次熔炼，取出铸锭再次反向熔炼，完全熔化冷却后，取出铸锭。将铸锭进行切头、铣面获得合金试样即Ti6Zr7Fe。将上述4个实施例中获得的合金试样加工为10mm×10mm×5mm试样，对4个成分试样进行XRD测试及显微硬度测试，如图1、2。将上述4个实施例中获得的合金试样加工为15mm×15mm×4mm试样，在NaCl生理盐水中测试极化曲线即不同Fe含量铸态合金腐蚀电位及电流密度，结果如图3所示。对试样分别进行720℃、740℃、760℃、780℃、800℃、820℃和840℃固溶处理1h，并迅速水冷，测试各状态试样显微硬度如图4。对合金试样进行840℃固溶处理1h后水冷，分别进行250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃和600℃时效处理4h后空冷，测试各状态试样显微硬度如图5。图1中可以看出，实施例TiZrFe系合金中含有α相及β相。图2中可以看出，TiZrFe系合金随Fe含量提升，合金显微硬度逐渐提高，当Fe含量重量百分比为7％时，显微硬度达到348HV。图3中可以看出，实施例TiZrFe系合金腐蚀电位低于0.2mV，腐蚀电流密度低于0.75μA/cm2。图4中可以看出，由于Fe元素的固溶强化作用及淬火ω相产生，固溶处理后合金显微硬度逐渐提高，实施例1合金在840℃固溶处理1h水冷后显微硬度达到最高值496HV，实施例2合金在860℃固溶处理1h水冷后显微硬度达到最高值476HV，实施例3合金在860℃固溶处理1h水冷后显微硬度达到最高值465HV，实施例4合金在860℃固溶处理1h水冷后显微硬度达到最高值454HV。图5中可以看出，随时效温度提高时效处理后合金显微硬度逐渐提高然后逐渐降低，分析认为由于时效ω相及α相产生，实施例1合金在840℃固溶处理1h水冷并400℃时效处理4h空冷后显微硬度达到最高值652HV，实施例2合金在860℃固溶处理1h水冷并400℃时效处理4h空冷后显微硬度达到最高值653HV，实施例3合金在860℃固溶处理1h水冷并450℃时效处理4h空冷后显微硬度达到最高值660HV，实施例4合金在860℃固溶处理1h水冷并400℃时效处理4h空冷后显微硬度达到最高值626HV。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Ti‑Zr‑Fe合金，其特征在于，合金中各合金组分及其重量百分比为：Zr含量为5.5～6.5％,Fe含量为4～7％，余量为T i。
【技术特征摘要】
1.一种Ti-Zr-Fe合金，其特征在于，合金中各合金组分及其重量百分比为：Zr含量为5.5～6.5％,Fe含量为4～7％，余量为Ti。2.根据权利要求1所述的合金，其特征在于，合金中Zr的重量百分比为5.8～6.3％,Fe含量为4.5～6...
【专利技术属性】
技术研发人员：李伯龙，亓鹏，王同波，乔旭，王聪聪，周廉，聂祚仁，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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