本发明属于抗氢脆钽合金及其生产方法
技术领域：
，更具体地，涉及一种生物医学植入用抗氢脆钽合金及其生产方法、应用和材料。
背景技术：
：钽具有熔点高、蒸汽压低、冷加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强、表面氧化膜介电常数大等一系列优异性能，在医疗卫生和科学研究等高新
技术领域：
有着重要应用。钽可作骨科和外科手术材料，例如用钽条替代人体中的骨头肌肉还会在钽条上生长，所以它有一个“亲生物金属”。在人体服役环境中，氢原子可轻易从钽合金表面向内扩散并聚集，从而导致钽合金的强度降低，甚至在循环应力的作用下导致其最终“氢脆”开裂。。近年来，随着钽合金在生物医学植入领域中的大量应用，钽合金氢脆断裂的频发造成了大量骨折断裂的严重问题，为了保证生物医学植入钽合金的安全可靠性，急需开发出一种能够抵抗氢脆产生的生物医学植入用钽合金。技术实现要素：本发明所要解决的问题是针对现有生物医学植入用钽合金自身无法从根本上抵抗氢脆问题的产生，提供一种含富nd第二相颗粒的抗氢脆生物医学植入用钽合金及其生产方法，从而生产得到具有大量富nd第二相颗粒作为不可逆氢陷阱，固定住钽合金中扩散氢原子，从而实现钽合金的抗氢脆性能。该抗氢脆钽合金可用于制造人体环境下使用的各种生物医学植入钽合金结构件。本发明所提供的技术方案如下：一种抗氢脆钽合金材料，其化学成份按重量百分数计为：al:12～14％，si:10～12％，cr:6～8％，ni:5～7％，cu:1～3％，nd:1～3％，其余为ta及不可避免的杂质。基于上述技术方案，在钽合金中添加1～3％的nd，使得钽合金基体当中析出了大量均匀弥散分布富nd第二相颗粒(每立方厘米含有颗粒数量在3000～3500颗之间)，这些富nd第二相颗粒可作为不可逆氢气陷阱牢牢固定住扩散氢原子，从根本上实现了钽合金材料的抗氢脆性能。进一步的，其力学性能达到屈服强度rel≥800mpa，抗拉强度rm≥1000mpa，延伸率a≥18％。本发明还提供了一种生物医学植入用抗氢脆钽合金的生产方法，其包括以下步骤：1)生产本发明所提供的所述抗氢脆钽合金材料；2)将步骤1)得到的抗氢脆钽合金材料依次经过均热处理、粗轧、精轧、层流冷却、卷取、轧后热处理和淬火，即得。通过上述技术方案，生产得到的生物医学植入用抗氢脆钽合金含有大量均匀弥散分布的富nd第二相颗粒既满足了抗氢脆的性能要求，又满足了高强度和高韧性的机械性能要求。具体的，步骤1)中：采用真空自耗熔炼炉进行钽合金的熔炼，经按照配方混合金料、压制电极、电极和残料焊接成自耗电极、合金化熔炼及浇注成板坯，即得，其中，熔炼温度为2300～2400℃。具体的，步骤2)中：均热处理为加热温度为1500～1600℃，均热时间为100～110min；粗轧结束温度不低于1300℃；精轧温度在900～950℃。层流冷却的终冷温度为600～650℃，冷却速度为50～55℃/s；轧后热处理为加热至1100～1200℃，保温0.8～1.0小时；上述技术方案中，采用了合适轧制及热处理工艺精确控制了富nd第二相颗粒的大小和形状(颗粒平均粒径在80～100μm之间，形状均为椭球形)，既为钽合金提供了最大化的不可逆氢陷阱，又通过第二相析出强化作用提高了钽合金的强度和韧性；具体的，步骤2)中：采用na2sio3碱性水溶液淬火。na2sio3浓度为20～25wt％，溶剂为水。上述技术方案中，采用na2sio3碱性水溶液进行淬火，一方面可利用碱液去除钽合金表面的油性杂志，提高产品的表面质量和回火时的安全性；另一方面，在高温下的na2sio3碱性水溶液中，钽合金表面可以形成一层较薄的化学转化膜，一定程度上可以提高合金的副nd第二相的生成效率；再一方面，na2sio3碱性水溶液本身也可以起到冷却作用，从而保证产品的力学性能。本发明还提供了根据本发明所提供的生物医学植入用抗氢脆钽合金的生产方法生产得到的生物医学植入用抗氢脆钽合金。本发明提供的生物医学植入用钽合金含有大量均匀弥散分布的富nd第二相颗粒既满足了抗氢脆的性能要求，又满足了高强度和高韧性的机械性能要求，为人体环境下使用的各种生物医学植入钽合金结构件提供了优选的生产原料。进一步的，其屈服强度为800～920mpa，抗拉强度为1000～1100mpa，延伸率为18～24％；氢扩散系数为1.15×10-7～1.45×10-7cm2/s。本发明还提供了本发明所提供的生物医学植入用抗氢脆钽合金的应用，作为生物医学植入钽合金结构件材料。按照本发明生产的生物医学植入用钽合金含有大量均匀弥散分布的富nd第二相颗粒既满足了抗氢脆的性能要求，又满足了高强度和高韧性的机械性能要求，为人体环境下使用的各种生物医学植入钽合金结构件提供了优选的生产原料。具体实施方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在一个具体实施方式中，生物医学植入用抗氢脆钽合金的制造方法包括：1、生物医学植入用抗氢脆钽合金的制备：其化学成份按重量百分数计为al:12～14％，si:10～12％，cr:6～8％，ni:5～7％，cu:1～3％，nd:1～3％，其余为ta及不可避免的杂质。钽合金厚度规格为20mm；力学性能满足屈服强度rel≥800mpa，抗拉强度rm≥1000mpa，延伸率a≥18％。2、生产生物医学植入用抗氢脆钽合金的方法，其步骤：1)采用真空自耗熔炼炉进行钽合金的熔炼，经混合金料、压制电极、电极和残料焊接成自耗电极、合金化熔炼(熔炼温度2300～2400℃)、浇注成板坯；2)将板坯加热，加热温度在1500～1600℃，均热时间为100～110min；3)进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1300℃；4)进行精轧，并控制终轧温度在900～950℃；5)进行层流冷却，终冷温度为600～650℃，冷却速度：50～55℃/s；6)进行卷取，制得热轧板卷；7)进行热处理，加热至1100～1200℃，保温0.8～1.0小时后，na2sio3碱性水溶液淬火。3、生物医学植入用抗氢脆钽合金精整、检验及打包。1)精整切边：按标准规格切取钽合金板，并切除8％。g、打包：用捆带进行周向和径向打包出货。对生产得到的生物医学植入用抗氢脆钽合金进行检测，其屈服强度为800～920mpa，抗拉强度为1000～1100mpa，延伸率为18～24％；抗氢脆性能(氢扩散系数1.15×10-7～1.45×10-7cm2/s)均远远高于对比例纯ta(氢扩散系数2.37×10-3)，产品性能完全满足使用要求。表1为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金化学成分列表；表2为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金熔炼工艺列表；表3为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金轧制工艺列表；表4为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金热处理工艺列表；表5为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金力学性能列表；表6为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金抗氢脆性能列表；表7为本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金的置氢疲劳性能列表。按照表1至表4的内容实施实施例1至6：表1本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金化学成分(wt％)实施例alsicrnicundta112.512.08.06.03.02.056.5212.010.87.56.32.82.658.0313.511.57.07.02.03.056.0414.011.06.76.52.51.857.5513.010.06.35.01.51.063.2613.811.96.05.81.01.260.3表2本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金熔炼工艺实施例熔炼温度(℃)123102230032340423905240062370表3本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金轧制工艺表4本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金热处理工艺对实施例1至6得到的生物医学植入用抗氢脆钽合金进行检测，结果如表5所示表5本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金力学性能表6本发明各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金抗氢脆性能列表表7本发明各实施例的各实施例的生物医学植入用抗氢脆钽合金的置氢疲劳性能从表5到表7中可以看出，本发明申请的生物医学植入用抗氢脆钽合金，其屈服强度为800～920mpa，抗拉强度为1000～1100mpa，延伸率为18～24％；抗氢脆性能(氢扩散系数1.15×10-7～1.45×10-7cm2/s)均远远高于对比例纯ta(氢扩散系数2.37×10-3)；在充氢浓度基本一致的情况下，置氢疲劳寿命(41419～45511次)远远高于对比例纯ta(11438次)。产品性能完全满足使用要求，并且其抗氢脆性能远远优于对比例纯ta。以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12