一种人工关节的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于人造关节、人造骨头领域，特别是涉及一种人工关节及其热处理方法。
【背景技术】
[0002]医学领域中的生物医用材料常规是用于植入人体内的人工器官，目前人造关节的需求量大幅度增加，人工关节在医学领域中的应用越来越多，该类手术越来越成熟，但是目前人工关节的强度和弹性模量不是很高，使得人工关节的使用年限得到了一定的限制。目前常规采用锆合金或钛合金制作人工关节，现有一些技术在钛合金中添加Pb等元素，通过促进钛的阳极钝化，从而提高医用钛合金的耐腐蚀性，避免缝隙腐蚀，但是Pb是一种重金属元素，在欧洲、美国和日本是完全禁止使用的，由于其长期在人体内容易使得人体的Pb元素超标，从而有可能使得人体Pb中毒。因此急需要开发出一种高强度、高弹性模量和耐腐性极佳的人工关节。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一在于提出一种人工关节。
[0004]本发明的目的之二在于提出一种人工关节的热处理方法。
[0005]具体通过如下技术手段实现:
1.一种人工关节，所述人工关节的材质为钛合金，所述钛合金的成分按重量百分比含量为:A1:4.5-5.2%，Ga:2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量为钛及不可避免的杂质，且杂质中Fe 彡 0.20%，C 彡 0.05%，N 彡 0.01%。
[0006]制备方法包括如下步骤:
(I)原料准备及熔炼:选用海绵钛作为电极，在真空度< 1Pa的等离子真空焊箱中焊接电极，采用真空自耗电弧炉进行两次熔炼为钛铸锭；将该钛铸锭与Ga、Al和V的中间合金共同加入到真空熔炼炉中熔炼成所需成分的钛合金熔体。
[0007](2)精密铸造:将步骤(I)得到的熔体进行保温后采用精密铸造的方法得到人工关节半成品。
[0008](3)退火处理:将步骤(2)得到的人工关节半成品装入到真空感应热处理炉中加热到520-590 0C，保温40?50min，再加热到620-690 °C，保温20?30min，再加热到750-780 0C，保温55~65min后空冷至室温。
[0009](4)人工时效:将步骤(3)处理后的人工关节半成品置入时效炉中加热至310-3600C，保温4~6小时后水冷到室温。
[0010](5)深冷处理:人工时效后的人工关节半成品置入深冷箱，降温到-120~-180°C，深冷处理25~35min后恢复到室温。
[0011](6)固溶处理:将深冷处理后的人工关节半成品置入固溶处理炉中，加热至820-8600C，保温0.8-1.2小时后水淬。
[0012](7)第二次人工时效:将固溶处理后的人工关节半成品置入时效炉中加热至320~360°C，保温4~6小时后水冷到室温，即得到人工关节成品。
[0013]作为优选，所述人工关节的抗拉强度多980MPa，锻后伸长率多20%，断面收缩率彡 45%ο
[0014]作为优选，所述人工关节的弹性模量为58~72GPa。
[0015]作为优选，所述人工关节的抗拉强度:990~1200MPa，锻后伸长率:20~28%，断面收缩率:45~52%，弹性模量为59~71GPa。
[0016]一种人工关节的制造方法，包括如下步骤。
[0017](I)原料准备及熔炼:选用海绵钛作为电极，在真空度< 1Pa的等离子真空焊箱中焊接电极，采用真空自耗电弧炉进行两次熔炼为钛铸锭；将该钛铸锭与Ga、Al和V的中间合金共同加入到真空熔炼炉中熔炼成所需成分的钛合金熔体。
[0018](2)精密铸造:将步骤(I)得到的熔体进行保温后采用精密铸造的方法得到人工关节半成品。
[0019](3)退火处理:将步骤(2)得到的人工关节半成品装入到真空感应热处理炉中加热到520-590 0C，保温40?50min，再加热到620-690 °C，保温20?30min，再加热到750-780 0C，保温55~65min后空冷至室温。
[0020](4)人工时效:将步骤(3)处理后的人工关节半成品置入时效炉中加热至310-3600C，保温4~6小时后水冷到室温。
[0021](5)深冷处理:人工时效后的人工关节半成品置入深冷箱，降温到-120~-180°C，深冷处理25~35min后恢复到室温。
[0022](6)固溶处理:将深冷处理后的人工关节半成品置入固溶处理炉中，加热至820-8600C，保温0.8-1.2小时后水淬。
[0023](7)第二次人工时效:将固溶处理后的人工关节半成品置入时效炉中加热至320~360°C，保温4~6小时后水冷到室温，即得到人工关节成品。
[0024]所述人工关节的材质为钛合金，所述钛合金的成分按重量百分比含量为:A1:4.5-5.2%，Ga:2.5-6.8%，V:3.8-4.8%，余量为钛及不可避免的杂质。
[0025]作为优选，所述Ga、Al和V的中间合金为Ti_Ga、T1-Al和T1-V中间合金。
[0026]作为优选，步骤(I)中，选用海绵钛作为电极，在真空度l~6Pa的等离子真空焊箱中焊接电极。
[0027]作为优选，所述深冷处理中，人工时效后的人工关节半成品置入深冷箱，先降温到-69~-88°C后，维持温度10~22min后，继续冷却到-140~_180°C，维持温度26~30min后恢复到室温。
[0028]本发明的效果在于。
[0029]1，通过合理热处理制度处理特定的钛合金，使得人工关节的强度、弹性模量等性能都得到的大幅度提高。
[0030]2，热处理过程中，通过设置深冷处理，以及在深冷处理之前、退火处理之后设置人工时效处理，使得组织均匀，通过在深冷处理之后设置固溶处理和再一次的人工时效处理，使得微观结构晶粒细化且组织均匀后，对强度进行强化，强化之后又进一步的使得弹性模量得到提高，从而使得人工关节的各项性能指标均好于现有人工关节。
[0031]3，通过对人工关节材质钛合金的组分进行合理调整，通过在T1-Al合金中添加Ga来提高强度，通过Ga和V的配合使用来达到耐腐蚀性，并且通过设置各元素的含量而达到合理与热处理配合而提高各项性能。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
一种人工关节的热处理方法，所述人工关节的材质为钛合金，所述钛合金的成分按重量百分比含量为:A1:4.9%,Ga:4.1%，V:4.1%，余量为钛及不可避免的杂质。包括如下步骤。
[0033](I)原料准备及熔炼:选用海绵钛作为电极，在真空度为3Pa的等离子真空焊箱中焊接电极，采用真空自耗电弧炉进行两次熔炼为钛铸锭；将该钛铸锭与T1-Ga、T1-Al和T1-V中间合金共同加入到真空熔炼炉中熔炼成所需成分的钛合金熔体。
[0034](2)精密铸造:将步骤(I)得到的熔体进行保温后采用精密铸造的方法得到人工关节半成品。
[0035](3)退火处理:将步骤(2)得到的人工关节半成品装入到真空感应热处理炉中加热到560°C，保温45min，再加热到660°C，保温26min，再加热到770°C，保温59min后空冷至室温。
[0036](4)人工时效:将步骤(3)处理后的人工关节半成品置入时效炉中加热至331°C，保温5小时后水冷到室温。
[0037](5)深冷处理:人工时效后的人工关节半成品置入深冷箱，降温到_160°C，深冷处理29min后恢复到室温。
[0038](6)固溶处理:将深冷处理