高强度低模数合金及其用途制造技术

本发明专利技术主要提供一种高强度低模数合金，其由至少五种主要元素和至少一种添加元素组成。其中，所述五种主要元素为Ti、Zr、Nb、Mo、和Sn，且所述添加元素则选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一者。依据本发明专利技术的设计，Ti与Zr的原子百分比总和小于或等于85at％，且添加元素的原子百分比总和小于或等于4at％。实验数据显示，本发明专利技术的高强度低模数合金的多个样品的屈服强度皆大于600MPa且杨氏模量皆小于90GPa。因此，实验数据证明，本发明专利技术的高强度低模数合金具有应用于制作组件、器具、医疗器械、和外科植入材料的高度潜力。和外科植入材料的高度潜力。

High strength low modulus alloy and its application

【技术实现步骤摘要】
高强度低模数合金及其用途


[0001]本专利技术是关于合金材料的相关
，尤指一种高强度低模数合金。

技术介绍

[0002]材料工程师必然知道，当一特定材料的某一个力学性质(或称机械性质)特别优秀时，其必然同时具有另一个相对较差的力学性质。举例而言，虽然金属材料通常具有高强度，但其弹性应变(elastic strain) 极限一般小于0.2％，且具有高达数百GPa的杨氏模量。相反地，橡胶材料通常具有高弹性变形能力，但其强度通常低于100MPa。因此，如何设计制造出具高强度和低杨氏模量的金属材料于是成为受到重视的课题。
[0003]钛合金即为一种具高强度和低杨氏模量的金属材料，其被广泛地应用在航天、船舰、化工、汽车、运动器材、医疗器械、生医材料(外科植入材)、高尔夫球杆等应用领域。以6铝4钒钛(Ti
‑
6Al
‑
4V)合金为例，其具有超过850MPa的屈服强度与大于100GPa的杨氏模量。虽然6铝4钒钛合金的杨氏模量相对于其它传统金属或合金而言显得不高，但是仍旧大于100GPa，使得6铝4钒钛合金的弹性性质并不突出，从而使其在需要高弹性性质的应用领域受到限制。
[0004]研究显示，包含β稳定元素(beta stabilizing elements)的β型钛合金具有高弹性性质，例如铌锆钛(Ti
‑
Nb
‑
Zr)合金具有低于50GPa 的杨氏模量。可惜的是，现有的各种Ti
‑
Nb
‑
Zr系列合金的屈服强度很难高于600MPa。
[0005]由上述说明可知，目前仍未有兼具高强度性质和高弹性性质合金被成功研究或开发。有鉴于此，本案的专利技术人极力加以研究专利技术，而终于研发完成一种高强度低模数合金。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种高强度低模数合金，其由至少五种主要元素和至少一种添加元素组成。其中，所述五种主要元素为Ti、 Zr、Nb、Mo、和Sn，且所述添加元素则选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一者。依据本专利技术的设计，Ti与Zr的原子百分比总和小于或等于85at％，且添加元素的原子百分比总和小于或等于 4at％。实验数据显示，本专利技术的高强度低模数合金的多个样品的屈服强度皆大于600MPa且杨氏模量皆小于90GPa。因此，实验数据证明，本专利技术的高强度低模数合金具有应用于制作组件、器具、医疗器械、和外科植入材料的高度潜力。
[0007]为达成上述目的，本专利技术提出所述高强度低模数合金的一第一实施例，其具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZrsNbtMoxSnyMa；
[0008]其中，M为选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一种第一添加元素；
[0009]其中，r、s、t、x、y、和a皆为原子百分比的数值，且r、s、t、 x、y、和a满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3≦t≦20、x≦ 3.5、y≦12、a≦4、以及(r+s)≦85。
[0010]并且，本专利技术同时提出所述高强度低模数合金的一第二实施例，其具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZrsNbtMoxSnyTazMa；
[0011]其中，M为选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一种第一添加元素；
[0012]其中，r、s、t、x、y、z、和a皆为原子百分比的数值，且r、s、 t、x、y、z、和a满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3≦t≦ 20、x≦3.5、y≦12、z≦5、a≦4、以及(r+s)≦85。
[0013]进一步地，本专利技术同时提出所述高强度低模数合金的一第三实施例，其具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZrsNbtMoxSnyMaNb；
[0014]其中，M为选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一种第一添加元素；
[0015]其中，N为选自于由Cu、Al、Ni、Au、Ag、Fe、Co、Mn、Zn、Pb、 Ge、P、Mg、Ce、Y、La、Sb、C、Si、B、和O所组成群组之中的至少一种第二添加元素；
[0016]其中，r、s、t、x、y、a、和b皆为原子百分比的数值，且r、s、 t、x、y、a、和b满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3≦t≦ 20、x≦3.5、y≦12、a≦4、b≦3、以及(r+s)≦85。
[0017]进一步地，本专利技术又提出所述高强度低模数合金的一第四实施例，其具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZrsNbtMoxSnyTazMaNb；
[0018]其中，M为选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一种第一添加元素；
[0019]其中，N为选自于由Cu、Al、Ni、Au、Ag、Fe、Co、Mn、Zn、Pb、 Ge、P、Mg、Ce、Y、La、Sb、C、Si、B、和O所组成群组之中的至少一种第二添加元素；
[0020]其中，r、s、t、x、y、z、a、和b皆为原子百分比的数值，且r、 s、t、x、y、z、a、和b满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3 ≦t≦20、x≦3.5、y≦12、z≦5、a≦4、b≦3、以及(r+s)≦85。
[0021]在可行的实施例中，所述高强度低模数合金是利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法、和粉末冶金法所组成群组的一种制程方法所制成。
[0022]在可行的实施例中，所述高强度低模数合金的型态为下列任一者：粉末、线材、焊条、包药焊丝、或块材。
[0023]进一步地，本专利技术同时提供一种高强度低模数合金的用途，其用于一外科植入材料、一医疗器械、一组件、或一器具的制造。
具体实施方式
[0024]为了能够更清楚地描述本专利技术的一种高强度低模数合金及其用途，以下将配合图式，详尽说明本专利技术的较佳实施例。
[0025]实施例一
[0026]在实施例一中，本专利技术的所述高强度低模数合金具有大于600MPa 的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为 TirZrsNbtMoxSnyMa。其中，M为选自于由钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、和铪(Hf)所组成群组之至少一种第一添加元素，且r、s、t、x、y、和a 皆为原子百分比的数值。依据本专利技术的设计，r、s、t、x、y、和a满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3≦t≦20、x≦3.5、y≦12、 a≦4、以及(r+s)≦85。举例而言，所述高强度低模数合金包括：48at％的钛(Ti)、28at％的锆(Zr)、15at％的铌(Nb)、3at％的钼(Mo)、以及6at％的锡(Sn)。在此情况下，所述高强度低模数合金的组成为 Ti48Zr28Nb15Mo3Sn6，亦即，r＝48、s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度低模数合金，具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZrsNbtMoxSnyMa；其中，M为选自于由V、W、Cr、和Hf所组成群组之中的至少一种第一添加元素；其中，r、s、t、x、y、和a皆为原子百分比的数值，且r、s、t、x、y、和a满足以下不等式：15≦r≦50、26≦s≦50、3≦t≦20、x≦3.5、y≦12、a≦4、以及(r+s)≦85。2.根据权利要求1所述的高强度低模数合金，还包括钽元素而使其组成为TirZrsNbtMoxSnyTazMa；其中，z为原子百分比的数值，且其满足不等式z≦5。3.根据权利要求1或2所述的高强度低模数合金，其特征在于，所述高强度低模数合金利用选自于由真空电弧熔炼法、电热丝加热法、感应加热法、快速凝固法、机械合金法、和粉末冶金法所组成群组的一种制程方法所制成。4.根据权利要求1或2所述的高强度低模数合金，其特征在于，所述高强度低模数合金的型态为下列任一者：粉末、线材、焊条、包药焊丝、或块材。5.一种根据权利要求1
‑
4中任一项所述的高强度低模数合金的用途，其用于一外科植入材料、一医疗器械、一组件、或一器具的制造。6.一种高强度低模数合金，具有大于600MPa的屈服强度以及小于90GPa的杨氏模量，且其组成为TirZr...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶均蔚，
申请(专利权)人：叶均蔚，
类型：发明
国别省市：