TiNbTaZr低模量钛合金表面处理的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低弹性模量钛合金的表面改性方法，具体地，涉及一种TiNbTaZr低模量钛合金表面处理的方法。
【背景技术】
[0002]揽拌摩擦焊(Frict1n Stir Welding,简称FSW)是英国焊接研究所(The WeldingInstitute)于1991年发明的一种新型金属连接新技术，现已成熟应用到多个行业领域。2001年，美国密苏里大学的Mishra教授等人基于搅拌摩擦焊接(FSW)原理，提出一种全新的用于材料微观组织改性和制造的固态加工技术，称为搅拌摩擦加工(Frict1n stirprocessing，简称FSP)，并制备出了细晶超塑性铝合金[I]。在搅拌摩擦加工过程中，加工区域经历了剧烈的塑性变形，搅拌区组织发生了动态再结晶，实现加工组织显著致密化和均匀化。另外，在FSP加工时，利用加工区金属剧烈的塑性变形和流动可以加入一定体积的元素或第二相进行微观组织的修改，这在复合材料制备、金属材料表面改性及微观结构改性等方面是一种非常有效的加工技术[2-3]。目前，搅拌摩擦加工技术(FSP)己成为国内外研究新型环保加工技术的热点。从原理上讲，FSW也是FSP的一类。但从发展时间来说，FSW概念的提出远远早于FSP，故未将FSW归入FSP。目前，FSP已在金属微观组织细化、超塑性材料制备、表面复合材料以及纳米相增强金属基复合材料等方面取得了广泛的应用。2002年，中国第一家专业化搅拌摩擦焊技术授权公司——中国搅拌摩擦焊中心即北京赛福斯特技术有限公司成立，标志着搅拌摩擦焊技术在中国市场(包括香港、澳门、和台湾)的研发及工程应用工作的正式启用。FSP作为一项全新的材料加工技术，目前主要是美国、日本、意大利等国外的科研工作者从事FSP的研究工作。研究结果表明FSP工艺参数:搅拌头的形状、旋转速度和材料加工速度(即进给速度)，对表面改性层的组织形貌均具有显著的影响。
[0003]上世纪70年代初期开始钛合金铸件即被用于植入人体，作为坏死关节的修复体。其在医学方面的发展和应用已趋于成熟并依然有着十分广阔的发展前景。由于其良好的生物相容性，随着医疗技术的发展，医疗用钛数量也在急剧攀升，尤其以生物无毒元素Nb、Zr、Ta、Mo、Sn等组成的钛合金的开发和应用市场更为巨大。β钛合金以其较低的弹性模量、强度高、耐腐蚀性强和良好的生物相容性，将成为今后医用钛合金研制与开发的重点。搅拌摩擦加工技术近几年来在国内取得了飞速的发展，作为一种新型的材料表面加工技术具有广阔的应用前景。目前其主要研究方向集中在镁、铝等轻合金中，以在工业中显著提高铝、镁、钛轻合金和钢表面的硬度和耐磨性以及材料的整体强度和塑、韧性为主要目的。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种TiNbTaZr低模量钛合金表面处理的方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明涉及TiNbTaZr低模量钛合金表面处理的方法，所述方法包括如下步骤:
[0007]在氩气保护条件下，将表面光滑的TiNbTaZr低模量钛合金固定在搅拌摩擦焊设备的工作台上安装，表面搅拌摩擦处理，即可；
[0008]所述TiNbTaZr低模量钛合金包括如下质量百分比含量的各组分:
[0009]Nb34 ?36%，
[0010]Zr2.5 ?3.5%,
[0011]Ta1.5 ?2.5%,
[0012]余量为Ti。
[0013]优选地，所述方法包括如下步骤:
[0014]步骤A，试样制备:制备表面光滑的TiNbTaZr低模量钛合金；
[0015]步骤B，搅拌摩擦处理:在氩气气氛保护下，将表面光滑的TiNbTaZr低模量钛合金固定在搅拌摩擦焊设备的工作台上安装，表面搅拌摩擦处理，即可。
[0016]优选地，步骤B中，所述搅拌摩擦焊设备的工艺参数:加工速度20?400mm/min，搅拌头旋转速度375?2000r/min，加工过程中控制轴肩压入工件表面深度为0.3?0.5mm ；
[0017]优选地，步骤A中，所述TiNbTaZr低模量钛合金的厚度为15?20mm。
[0018]优选地，所述表面搅拌摩擦处理具体为I道次表面搅拌摩擦处理。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0020](I)本发明方法处理后的TiNbTaZr低模量钛合金表面具有超细晶结构；
[0021](2)本发明方法采用的原料为生物无毒元素Nb、Zr、Ta为合金化元素的TiNbTaZr低模量钛合金，本发明方法无污染，安全可靠；
[0022](3)本发明方法处理后的TiNbTaZr低模量钛合金具有高的强度，较好的耐磨性，较好的表面生物相容性，可广泛应用于医用外科植入领域。
【附图说明】
[0023]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0024]图1为不同区域硬度值与搅拌头旋转速度的关系图；
[0025]图2为揽祥区和热机影响区相邻的区域广生的晶粒和晶界不意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0027]实施例1
[0028]本发明涉及TiNbTaZr低模量钛合金表面处理的方法，所述方法包括如下步骤:
[0029]步骤I，采用中间合金添加料按成分配比称料，利用真空自耗熔炼技术反复三次熔炼 T1-Nb-Zr-Ta (Nb34wt%, Zr2.5wt%, Tal.5wt%,余量为 Ti ) β 钛合金，熔炼出直径 80 ?120mm的铸锭；在950°C对材料进行锻造，锻造成厚度在30?50mm的方坯，打磨材料表面缺陷后在950°C对材料进行热轧，道次变形量控制在5?8%，轧制到厚度15_左右；将TiNbTaZr钛合金表面打磨去除氧化皮、采用四辊冷矫直机对材料矫直，采用超声波探伤确定材料无气孔等缺陷，用打磨机将