专利名称：多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及多孔Ti-Ni基形状记忆合金的改进技术，具体地说是一种高强高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金及其制备方法。
背景技术：
多孔Ti-Ni形状记忆合金的发展一直都致力于满足生物医用的需求。最近人们对多孔Ti-Ni合金的关注逐渐从生物相容性扩展到其它性能上来，例如可以利用其减震性能制备成减震合金，利用其孔隙特性制备成梯度材料等等。这些由多孔Ti-Ni合金制备的材料将来极有可能在航空、航天等领域发挥巨大的作用。然而，所有的这些设想都还处于实验研究阶段，与实际应用还有一段距离，其中最大的阻碍就是多孔Ti-Ni合金的力学性能相对较低，稳定性较差。当该合金应用到上述领域时，现有的力学性能就无法满足实际的需要。此外，虽然通过燃烧合成直接制备的多孔Ti-M合金可以满足一般的人体植入需要， 但是在替代某些承载的受力骨时仍无法满足要求。因此，在保证孔隙度的条件下，提高多孔 Ti-Ni合金的性能成为实现多孔Ti-Ni合金更为广泛应用的关键性问题。近些年来，研究人员在不断的尝试各种手段来改善多孔Ti-Ni合金的性能。例如， 选用不同的制备工艺，选取不同粒度的元素粉末以及对多孔合金进行各种热处理等。但这些方法都有一定的限制，最终的效果都不甚理想。即使当中某些途径能够使力学性能有所提高，也是以牺牲孔隙度为代价的。实际上，第三元素的添加一直是改善合金性能的一个有效途径。多孔Ti-Ni合金从开始出现到发展至今一直是以二元系合金为主，而对于三元多孔合金报道很少。在Ti-Ni合金中加入第三元素的例子很多，比如加入Nb成为宽滞后的 Ti-Ni-Nb形状记忆合金，加入Hf成为Ti-Ni-Hf高温形状记忆合金等。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金及其制备方法，通过调整合金成分，在保持较高孔隙度的前据下，提高多孔Ti-Ni合金的压缩强度。为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种高强高孔隙度的Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，按原子百分比计，合金化学成分如下Ti 45 ~ 50% ；Mo :0. 1 2. 0% ；余量为 Ni。所述的Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其最佳的Mo含量按原子百分比计在0. 5 1. 0%左右。所述的Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，主要作为硬骨组织替代，应用于人体环境当中；或者，作为减振合金使用。所述的高强高孔隙度的Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其制备过程包括如下步骤1)利用混料器按比例将Ti粉、Ni粉和Mo粉进行充分混合；
2)将混合均勻的粉末压制成坯体；3)将坯体在300°C 450°C的温度区间内进行预热；4)利用钨丝弧光放电对坯体的一端进行点火，利用粉末自身反应放热使粉末反应向坯体的另一端进行，直至反应结束；5)燃烧结束后，迅速水冷。本发明在多孔Ti-Ni形状记忆合金的基础上，通过加入Mo元素，使得多孔合金在保持较高孔隙度的前提下，因Mo原子的固溶作用而强度增加，从而制备出高强度Ti-Ni-Mo 三元形状记忆合金。尤为特殊的是Mo的加入，致密态Ti-Ni-Mo合金是一种具有非常广阔应用前景的生物医用材料。已有的研究结果表明，这种合金具有较高的力学性能和生物耐蚀性。因此，利用的Mo的加入提高多孔Ti-Ni合金的方案切实可行。本发明的优点在于1、本发明在多孔NiTi形状记忆合金的基础上，通过加入Mo元素，使得多孔NiTi 合金的强度由于Mo原子的固溶作用而增加，从而制备出高强度高孔隙度多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金。本发明保持了多孔Ti-Ni合金的高孔隙度，孔隙度可达到65%以上，开孔孔隙度达到90%以上。2、本发明提高了多孔Ti-Ni合金的力学性能，其室温压缩屈服强度可达到SOMPa 以上，压缩应变可达到30%。3、本发明由于Mo的加入，增加了合金的耐蚀性和生物相容性，使之更适合作为人体植入材料。
图1为高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo合金的制备流程图。图2(a)_(d)为不同Mo含量的多孔Ti-Ni-Mo合金的孔隙形貌1000X ；其中，图 2 (a) Mo 含量 0. Iat. % ；图 2(b) Mo 含量 0. 7at. % ；图 2 (c) Mo 含量 1. Oat. % ；图 2(d) Mo 含量 1. 2at. %0图3为不同Mo含量的多孔Ti-Ni-Mo合金在室温压缩曲线。
具体实施例方式如图1所示，本发明多孔Ti-Ni-Mo的制备工艺流程如下1)将Ti粉(80 100 μ m)、Ni粉(3 5 μ m)和Mo粉(约30 μ m)按照表1的化学计量比放入混料器中进行4 的旋转混料，使其充分均勻混合。为避免污染，容器内不加磨球。2)将混合均勻的混合粉放入真空容器中进行干燥处理，减少粉末表面吸附的气体。干燥温度约为95°C 士 10°C，时间为^i±30min。3)将干燥后的混合粉末在模具中进行压制成型，形成坯料。尺寸一般为 025mmx2OOmm，所得坯料的孔隙度约为。4)将管式炉升温至520°C 士 10°C，并使其温度场保持均勻。将成型后的坯料放入管式炉中，利用热电偶测量坯料的温度，同时用流动的Ar气进行气氛保护，Ar气流量约为 10ml/mino
5)当坯料温度达到预期的预热温度(300°C 450°C )时，利用钨丝的辉光放热，点燃型坯的一端，由于持续的放热反应燃烧波将沿着坯料向另一端蔓延，形成孔隙均勻的多孔Ti-Ni合金。6)合成后的多孔Ti-Ni-Mo合金迅速放入水中，进行淬火处理。7)将淬火后的成品从模具中取出，完成制备过程。表1多孔Ti-Ni-Mo合金的化学成分及其孔隙度
权利要求
1.一种多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其特征在于，按原子百分比计，合金化学成分如下Ti 45 50% ；Mo 0. 1 2. 0% ；余量为 Ni。
2.按照权利要求1所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其特征在于按原子百分比计，Mo含量优选为0.5 1.0%。
3.按照权利要求1或2所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其特征在于该记忆合金的孔隙度达到60%以上，开孔孔隙度达到90%以上。
4.按照权利要求1或2所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其特征在于该记忆合金的室温压缩屈服强度达到SOMPa以上，压缩应变达到30%。
5.按照权利要求1所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金的制备方法，其特征在于， 包括如下步骤1)利用混料器按比例将Ti粉、Ni粉和Mo粉进行充分混合；2)将混合均勻的粉末压制成坯体；3)将坯体在300°C 450°C的温度区间内进行预热；4)利用钨丝弧光放电对坯体的一端进行点火，利用粉末自身反应放热使粉末反应向坯体的另一端进行，直至反应结束；5)燃烧结束后，迅速水冷。
全文摘要
本发明涉及多孔Ti-Ni基形状记忆合金的改进技术，具体地说是一种高强高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金及其制备方法。按原子百分比计，合金化学成分如下Ti45～50％；Mo0.1～2.0％，余量为Ni和不可避免的杂质。本发明在多孔NiTi形状记忆合金的基础上，通过加入Mo元素，使得多孔NiTi合金的强度由于Mo原子的固溶作用而增加，从而制备出高强度高孔隙度多孔Ti-Ni-Mo三元形状记忆合金，其孔隙度可达到65％以上，开孔孔隙达到90％以上。室温奥氏体压缩屈服强度可达到80MPa以上，压缩应变可达到30％。本发明的高强度高孔隙度的多孔记忆合金主要制作硬骨组织替代，应用于人体环境当中，或者作为减振合金使用。
文档编号C22C14/00GK102534282SQ20101057963
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者刘树伟, 姜海昌, 戎利建, 赵明久, 闫德胜 申请人:中国科学院金属研究所