一种医用钛合金Ti-13Nb-13Zr铸锭及其制备方法与流程

本发明属于钛合金技术领域，尤其涉及一种医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭制备方法。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：

钛的熔点1668℃，铌的熔点2468℃，二者差别较大，含有nb的钛合金熔炼时通常将nb以中间合金ti-40～50％nb形式加入ti-13nb-13zr合金中，由于需要加入高含量难熔nb金属的中间合金，容易在铸锭中产生中间合金不熔块形成严重的冶金缺陷；另外高难熔金属含量的中间合金制备工艺复杂、价格较高，而且破碎困难。含难熔金属nb的钛合金具有低弹性模量、高强度、生物和力学相容性好等特点，是人体硬组织替代外科植入件的理想材料。含难熔金属nb的钛合金，铸锭中难熔金属元素nb均匀化分布是保证铸锭质量的关键。难熔nb金属与钛粉以粉末法加入，钛粉的添加易引起铸锭氧含量控制困难，而且加入钛粉，使合金的成本增高且工艺复杂。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术中，由于需要加入高含量难熔nb金属的中间合金(ti-40～50％nb)，容易在铸锭中产生中间合金不熔块形成严重的冶金缺陷。

(2)现有技术中高难熔金属含量的中间合金(ti-40～50％nb)制备工艺复杂、价格较高，而且破碎困难。常规的中间合金ti-40～50％nb制备方法：将nb粉经真空高温烧结成nb条加入到海绵钛中、采用真空自耗电弧炉熔炼成钛铌合金(ti-40～50nb)铸锭、慢速车削铸锭、机械破碎成2～10mm长的屑料.

(3)现有技术中由于钛粉的添加易引起铸锭氧含量控制困难，而且加入钛粉，使合金的成本增高且工艺复杂。

解决上述技术问题的难度和意义：

钛合金ti-13nb-13zr是人体外科植入件的理想材料，在医学领域具有广泛的应用前景。含难熔金属nb的钛合金，铸锭中难熔金属nb元素均匀化分布是保证后续加工和产品质量的关键，通常难熔金属nb以中间合金(ti-40～50％nb)加入，由于需要加入高含量难熔金属nb的中间合金，容易在铸锭中产生中间合金不熔块，形成严重的冶金缺陷，高难熔金属含量的中间合金(ti-40～50％nb)价格较高，而且破碎困难。如果难熔金属nb与钛粉以粉末法加入，钛粉的添加易引起铸锭氧含量控制困难，而且加入钛粉，使合金的成本增高且工艺复杂。

本发明提供的制备方法简便易操作，可以大大降低钛合金ti-13nb-13zr铸锭的生产成本。该方法制备的钛合金ti-13nb-13zr铸锭经检测化学成分符合gb/t3620.1-2016标准要求，没有难熔金属nb元素偏析、夹杂，冶金质量良好。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭制备方法。

本发明是这样实现的，一种医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭，合金由铌和锆组成，重量百分比为：铌12.5％-14％，锆12.5％-14％，余量为钛及不可避免的杂质。制备的合金具有低弹性模量(40～80gpa)、高强度(60～1200mpa)和良好的生物相容性，是制造人工关节、加压固定板、口腔种植体、支架、心脏瓣膜等外科植入件的理想材料。

本发明提供的另一目的在于提供的一种医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：选取优质的细颗粒海绵钛和难熔金属nb粉末，备用；

步骤二：按海绵钛与难熔金属nb粉末的重量百分比为2～4∶1的比例，通过混合机进行机械搅拌混合均匀后，配入电极块中，添加海绵锆，经油压机压制成致密电极块；

步骤三：将致密的电极块经等离子焊机组焊成电极，电极经真空自耗电弧炉熔炼成钛合金ti-13nb-13zr铸锭。

进一步，步骤一中，选取平均粒度范围在0.83～6mm的细颗粒海绵钛和范围在-100～-200目粒度的难熔金属nb粉末。

进一步，步骤二中，混合机机械搅拌混合为1～3小时。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的制备方法简便易操作，可以大大降低钛合金ti-13nb-13zr铸锭的生产成本，生产的钛合金ti-13nb-13zr铸锭经检测化学成分符合gb/t3620.1-2016标准要求，没有难熔金属nb元素偏析、夹杂，冶金质量良好。

本发明生产的钛合金ti13nb13zr铸锭经检测化学成分符合gb/t3620.1-2016标准要求，没有难熔金属nb元素偏析、夹杂，冶金质量良好。

附图说明

图1是本发明实施例提供的医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭的制备方法工艺图。

图3是本发明实施例提供的ti-13nb-13zr板材固溶时效显微组织，经检测为无铌元素偏析、夹杂图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在解决现有技术的不足，提供一种操作简便、可以大大降低生产成本的钛合金ti-13nb-13zr铸锭的制备方法；以生产出无难熔nb金属元素偏析、夹杂的匀质钛合金铸锭。

本发明实施例提供的医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭制备方法，合金由铌、锆组成，余量为钛及不可避免的杂质。

下面结合附图对本发明的应用原理做详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭的制备方法，具体包括以下步骤：

s101：选取优质的细颗粒海绵钛和难熔金属nb粉末，备用；

s102：按海绵钛与难熔金属nb粉末的重量百分比为2～4∶1的比例，通过混合机进行机械搅拌混合均匀后，配入电极块中，添加海绵锆，经油压机压制成致密电极块；

s103：将致密的电极块经等离子焊机组焊成电极，电极经真空自耗电弧炉熔炼成钛合金ti-13nb-13zr铸锭。

步骤s101中，本发明实施例提供的选取平均粒度范围在0.83～6mm的细颗粒海绵钛和范围在-100～-200目粒度的难熔金属nb粉末。

步骤s102中，本发明实施例提供的混合机机械搅拌混合为1～3小时。

图2是本发明实施例提供的医用钛合金ti-13nb-13zr铸锭的制备方法工艺图。

图3是本发明实施例提供的ti-13nb-13zr板材固溶时效显微组织，经检测为无铌元素偏析、夹杂，冶金质量良好。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理进行进一步详细说明；

实施例1

ti-32mo钛合金低成本制备方法：

将范围在0.83～6mm的细颗粒海绵钛与范围在-100～-200目粒度的钼粉，按海绵钛与钼粉的重量百分比为2～4∶1的比例，在混合机上机械搅拌混合1～3小时后，配入电极块中，经油压机压制成致密的电极块，将致密的电极块经等离子氩弧焊机焊接成电极，电极经真空自耗电弧炉熔炼成钛合金铸锭，其经检测为无钼元素偏析、夹杂的匀质铸锭。

实施例2

ti-mo-v-fe-al钛合金低成本制备方法：

将平均粒度范围在0.83～6mm的细颗粒海绵钛与范围在-100～-200目粒度的钼粉，按海绵钛与钼粉的重量百分比为2～4∶1的比例，在混合机上机械搅拌混合1～3小时后配入电极块中，并添加其它合金元素v、fe、al，经油压机压制成致密的电极块，将致密的电极块经氩弧焊机焊接成电极，电极经真空自耗电弧炉熔炼成钛合金铸锭，其经检测为无钼元素偏析、夹杂的匀质铸锭。

实施例3

ti-al-nb系钛合金低成本制备方法：

将平均粒度范围在0.83～6mm的海绵钛与范围在-100～-200目粒度的铌粉，按海绵钛与铌粉末的重量百分比为2～4∶1的比例，在机械混合机上混合1～3小时后。配入电极块中，添加al元素，经油压机压制成致密的电极块，将致密的电极块经等离子氩弧焊机焊接成电极，电极经经真空自耗电弧炉熔炼成钛合金铸锭，其经检测化学成分符合gb/t3620.1-2016标准要求，为无铌元素偏析、夹杂的匀质铸锭。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。