本发明专利技术属于合金技术领域,特别涉及一种低弹性模量锆合金及其制备方法和应用。本发明专利技术提供的低弹性模量锆合金,以质量百分含量计,包括以下元素:Nb0.5~15%、Sn0.5~5%、Hf0.1~4.5%和余量的Zr。在本发明专利技术中,Nb具有固溶强化的作用,能够显著提高锆合金的强度,能够控制锆合金中β相的含量,从而降低锆合金的弹性模量;本发明专利技术通过严格控制各元素的含量,利用合金化,使Nb与Zr形成固溶体,实现固溶强化;Sn和Hf属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,通过各元素协同配合,共同在保证锆合金强度的基础上降低锆合金的弹性模量。而且,本申请中Nb含量低,有利于降低锆合金的成本。有利于降低锆合金的成本。有利于降低锆合金的成本。
【技术实现步骤摘要】
一种低弹性模量锆合金及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于合金
,特别涉及一种低弹性模量锆合金及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]锆具有优异的生物相容性,广泛应用于生物医用领域。但是,目前生物医用领域的锆合金依然存在着诸多问题,如强度较低、弹性模量高的问题。例如,锆合金体系中Zr
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Nb系是典型的合金体系,现有技术中Zr
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Nb系合金的屈服强度通常只有400MPa左右,强度低,同时锆合金的弹性模量又较高。低弹性模量的锆合金又往往存在成本高的问题,例如中国专利申请CN110408815A公开了一种低弹性模量、生物医用低弹性模量度的调幅分解型Zr
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Nb
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Ti合金材料及其制备方法,但该合金中铌含量为15~45%,原材料成本较高。
技术实现思路
[0003]有鉴于此,本专利技术的目的在于提供一种低弹性模量锆合金及其制备方法,本专利技术提供的低弹性模量锆合金具有弹性模量低、强度高、塑性优异且成本低的特点。
[0004]为了实现上述专利技术的目的,本专利技术提供以下技术方案:
[0005]本专利技术提供了一种低弹性模量锆合金,以质量百分含量计,包括以下元素:
[0006]Nb 0.5~15%、Sn 0.5~5%、Hf 0.1~4.5%和余量的Zr。
[0007]优选的,所述低弹性模量锆合金的组织包括板条α相和/或等轴β相。
[0008]优选的,所述板条α相的板条宽度为1~7.2μm;所述等轴β相的晶粒尺寸为52~240μm。
[0009]优选的,所述低弹性模量锆合金的弹性模量为45~80GPa,屈服强度为350~600MPa,抗拉强度为600~800MPa,延伸率为12~26%。
[0010]本专利技术还提供了上述技术方案所述低弹性模量锆合金的制备方法,包括以下步骤:
[0011]提供合金铸锭,所述铸锭的化学组成与低弹性模量锆合金的化学组成一致;
[0012]将所述合金铸锭进行退火,得到所述低弹性模量锆合金。
[0013]优选的,所述合金铸锭的制备方法包括:将合金原料依次进行熔炼和冷却,得到所述合金铸锭;
[0014]所述熔炼的温度为2300~2600℃。
[0015]优选的,所述退火的温度为450~600℃,保温时间为1~2h。
[0016]优选的,所述退火在保护气条件下进行。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述低弹性模量锆合金或上述技术方案所述制备方法制备的低弹性模量锆合金在制备承力植入材料中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种低弹性模量锆合金,以质量百分含量计,包括以下元素:Nb 0.5~15%、Sn 0.5~5%、Hf 0.1~4.5%和余量的Zr。在本专利技术中,Nb与Zr属于同一主族,具有
固溶强化的作用,能够显著提高锆合金的强度,同时,通过控制Nb元素的添加,有利于提高锆合金中β相的含量,从而降低锆合金的弹性模量,提高锆合金的耐腐蚀性、塑性以及生物相容性;Sn属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,提高了合金的强度,同时,Sn具备良好的生物相容性,保证了锆合金的生物相容性;Hf属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,有利于提高锆合金的强度。本专利技术通过严格控制各元素的含量,利用合金化,使Nb与Zr形成固溶体,实现固溶强化;Sn和Hf属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,通过各元素协同配合,共同在保证锆合金强度的基础上降低锆合金的弹性模量。而且,本申请中Nb含量低,有利于降低锆合金的成本。
[0019]实施例测试结果表明,本专利技术提供的低弹性模量锆合金的弹性模量为52~76GPa,屈服强度为421.8~591.2MPa,抗拉强度为642.3~772.6MPa,延伸率为15.2~20.3%,具有高强度和高塑性基础上还具有低的弹性模量。
[0020]本专利技术还提供了上述技术方案所述低弹性模量锆合金的制备方法,包括以下步骤:提供合金铸锭,所述铸锭的化学组成与低弹性模量锆合金的化学组成一致;将所述合金铸锭进行退火,得到所述低弹性模量锆合金。本专利技术通过退火,有利于消除熔炼过程中形成的残余应力并消除部分显微缺陷,使合金成分进一步均匀化;本专利技术仅需在熔炼后进行退火即可得到综合性能优异的锆合金,方法简单易行。
附图说明
[0021]图1为实施例1所得低弹性模量锆合金的金相光学显微图;
[0022]图2为实施例2所得低弹性模量锆合金的金相光学显微图;
[0023]图3为实施例3所得低弹性模量锆合金的金相光学显微图;
[0024]图4为实施例4所得低弹性模量锆合金的金相光学显微图;
[0025]图5为对比例1所得锆合金的金相光学显微图。
具体实施方式
[0026]本专利技术提供了一种低弹性模量锆合金,以质量百分含量计,包括以下元素:
[0027]Nb 0.5~15%、Sn 0.5~5%、Hf 0.1~4.5%和余量的Zr。
[0028]在本专利技术中,以质量百分含量计,所述低弹性模量锆合金包括0.5~15%的Nb,优选为1.5~14%,更优选为2~13%,再优选为2.5~12%。在本专利技术中,Nb与Zr属于同一主族,具有固溶强化的作用,能够提高锆合金的强度;同时,本专利技术通过控制Nb元素的添加,能够控制合金中β相的含量,从而降低锆合金的弹性模量,提高锆合金的耐腐蚀性、塑性以及生物相容性。
[0029]在本专利技术中,以质量百分含量计,所述低弹性模量锆合金包括0.5%~5%的Sn,优选为0.8~4.5%,更优选为0.9~4.3%,再优选为1~4%。在本专利技术中,Sn属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,有利于提高锆合金的强度;同时,Sn具备良好的生物相容性,有利于提高锆合金的生物相容性。
[0030]在本专利技术中,以质量百分含量计,所述低弹性模量锆合金包括0.1~4.5%的Hf,优选为0.5~4.2%,更优选为1~4%,再优选为1.6~3.6%。在本专利技术中,Hf属于中性元素,在α相和β相中固溶强化作用明显,有利于提高锆合金的强度。
[0031]在本专利技术中,以质量百分含量计,所述低弹性模量锆合金包括余量的Zr。在本专利技术中,Zr为锆合金的基体元素。
[0032]在本专利技术中,所述低弹性模量锆合金的组织优选包括板条α相和/或等轴β相。在本专利技术中,当所述低弹性模量锆合金的组织同时包括板条α相和等轴β相时,所述低弹性模量锆合金的组织为板条α相和等轴β相形成的网篮组织。
[0033]在本专利技术中,所述板条α相的板条宽度优选为1~7.2μm,更优选为1.5~7μm,再优选为2~6.5μm。在本专利技术中,所述等轴β相的晶粒尺寸优选为52~240μm,更优选为55~235μm,再优选为57~232μm。
[0034]在本专利技术中,α相的晶体结构是密排六方结构,具有强度高的特点;而β相是体心立方结构,易协调变形,易获得低的弹性模量,但是强本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种低弹性模量锆合金,以质量百分含量计,包括以下元素:Nb 0.5~15%、Sn 0.5~5%、Hf 0.1~4.5%和余量的Zr。2.根据权利要求1所述的低弹性模量锆合金,其特征在于,所述低弹性模量锆合金的组织包括板条α相和/或等轴β相。3.根据权利要求2所述的低弹性模量锆合金,其特征在于,所述板条α相的板条宽度为1~7.2μm;所述等轴β相的晶粒尺寸为52~240μm。4.根据权利要求1~3任一项所述的低弹性模量锆合金,其特征在于,所述低弹性模量锆合金的弹性模量为45~80GPa,屈服强度为350~600MPa,抗拉强度为600~800MPa,延伸率为12~26%。5.权利要求1~4任一项所述低弹性模量锆合...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘日平,姬朋飞,李波,陈博涵,逯昊燃,石鹤洋,马明臻,张新宇,
申请(专利权)人:燕山大学,
类型:发明
国别省市:
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