本发明涉及生物医疗金属材料制造技术领域，具体为一种新型医用钛合金铸锭的制造方法。
背景技术：
钛及其合金以其与人体骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性等在临床上得到了越来越广泛的应用，最初应用于临床的钛合金主要以纯钛和ti-6al-4v为代表，纯钛在生理环境中具有良好的抗腐蚀性能，但其强度较低，耐磨损性能较差，限制了它在承载力较大部位的应用，目前主要用于口腔修复及承载较小部分的骨替换，ti-6al-4v钛合金具有较高的强度和较好的加工性能，这种合金上世纪七十年代被广泛用作外科修复材料，如髋关节膝关节等，同时在临床上也被用作股骨和胫骨替换材料.但这类合金含有al和v两种元素，v被认为是对生物体有毒的元素，其在生物体内聚集在骨、肝、肾、脾等器官，毒性效应与磷酸盐的生化代谢有关。为了避免v元素的潜在毒性，80年代中期两种新型α＋β型医用钛合金ti-5al-2.5fe和ti-6al-7nb在欧洲得到了发展。这类合金的力学性能与ti-6al-4v相近,在此类合金中以fe和nb取代了毒性元素v。
近年来新型医用β型钛合金的研制主要以高mo和高nb元素替代v,进一步降低了钛合金的弹性模量e，使其与人体骨的弹性模量接近，，避免出现“应力屏蔽”现象而导致种植体周围出现骨吸收，最终引起种植体松动或断裂，造成种植失败。但是钼或铌都是难熔金属，熔炼过程中极易出现偏析，严重影响其机械性能稳定性。因此，制备高度成分均匀性的钛合金铸锭是β型医用钛合金生产的关键技术，在这种高品质铸锭基础上生产的钛合金加工材料，板、棒、线才能保证力学性能可靠和稳定。
近β型钛合金ti-15mo-5zr-3al是国外使用的医用钛合金牌号之一，该牌号以其无钒，较低的成本，较好的力学性能，较低的弹性模量，优异的冷热加工性能和焊接性能越来越受到重视，在生物医疗领域，国内目前没有使用这个牌号的记录。
国内外这类钛合金铸锭的普遍制造方法是真空自耗炉熔炼法。具体方法是：
原料为海绵钛和含钼的钼铝中间合金，海绵锆；在挤压机上挤压自耗电极，经过3次以上真空自耗熔炼，制成铸锭。由于此方法受真空自耗炉本身特点限制，熔池大小和高度有限，合金成分只能是一定区域内均匀，整体钛合金铸锭化学成分偏析程度受挤压自耗电极时人为布料均匀性影响非常大，所以国内对于较高合金含量的这类β型钛合金熔炼铸锭成分偏析问题一直没有根本性突破，因此，针对上述问题提出一种新型医用钛合金铸锭的制造方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：原料准备：在真空自耗凝壳炉内放入钛棒、锆棒和铝硼稀土棒，然后根据真空自耗凝壳炉坩埚尺寸大小，确定自耗电极直径，根据坩埚熔容量确定自耗电极长度，用等离子氩气保护焊接组装电极；
步骤二：真空自耗凝壳炉熔铸：组焊好的自耗电极装夹在电极杆上，把耐热铸铁制造的铸锭模具放入炉中，装夹对正，然后关闭炉门，抽真空，熔炼电流和电压根据炉型大小和电极尺寸确定，控制熔炼坩埚冷却水压力、流量，控制熔炼时间和速度，保证完整熔化完整个自耗电极，然后翻转坩埚，浇铸铸锭，钛合金铸锭炉冷至200℃以下，破真空，出炉；
步骤三：母合金铸锭检查：真空自耗凝壳炉熔铸的钛合金母合金铸锭需表面清理，扒皮，取样分析化学成分；
步骤四：二次真空自耗炉熔铸。
优选的，步骤一中的钛棒的纯度为99.9%，锆棒的纯度为99.9%，铝硼稀土棒的纯度为99%，且钼的配料成分为14.5-15.5%，锆的配料成分为4.5-5.5%，铝的配料成分为2.8-3.3%，硼配料成分小于0.01%，铼的配料成分小于0.03%。
优选的，步骤一中的真空自耗凝壳炉采用熔铸500公斤以上的炉型。
优选的，步骤二中抽真空时真空度控制＜3pa。
优选的，步骤二中冷却水出口温度＜30℃。
优选的，步骤四中一次自耗和二次自耗熔炼工艺方法基本类似，第二次铸锭尺寸变大，熔炼电流电压根据铸锭尺寸大小调整，第二次铸锭自耗熔炼最后注意铸锭补缩，缩孔控制在＜50mm范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，在原方案主要成分的基础上，加入微量的细化晶粒元素b和稀土元素，运用独有的熔炼铸锭制造工艺，制造成分均匀，无各类偏析的优质铸锭。
具体实施方式
实施例1：本发明提供一种技术方案：
一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：原料准备：在真空自耗凝壳炉内放入钛棒、锆棒和铝硼稀土棒，然后根据真空自耗凝壳炉坩埚尺寸大小，确定自耗电极直径，根据坩埚熔容量确定自耗电极长度，用等离子氩气保护焊接组装电极；
步骤二：真空自耗凝壳炉熔铸：组焊好的自耗电极装夹在电极杆上，把耐热铸铁制造的铸锭模具放入炉中，装夹对正，然后关闭炉门，抽真空，熔炼电流和电压根据炉型大小和电极尺寸确定，控制熔炼坩埚冷却水压力、流量，控制熔炼时间和速度，保证完整熔化完整个自耗电极，然后翻转坩埚，浇铸铸锭，钛合金铸锭炉冷至200℃以下，破真空，出炉；
步骤三：母合金铸锭检查：真空自耗凝壳炉熔铸的钛合金母合金铸锭需表面清理，扒皮，取样分析化学成分；
步骤四：二次真空自耗炉熔铸。
真空自耗炉熔炼是自耗电极熔化和钛合金金属液在水冷铜坩埚冷却同时进行，边熔化边凝固，所以熔池浅，一般熔池高度200-300mm左右，钛合金化学成分只能在这个范围内成分均匀，不能是整个自耗电极都是金属液下均匀，所以要求自耗电极成分要非常均匀。
真空自耗凝壳炉是熔铸钛合金铸件最主要设备，其特点是，自耗电极熔化时是完整的自耗电极熔化成的钛合金金属液，以熔融状态下都存在水冷铜坩埚钛合金凝壳内，在电磁搅拌作用下，熔池内钛合金金属液所有成分都能够均匀化，然后翻转坩埚，浇铸铸锭；类似于真空感应炉浇铸铸锭。
本发明中，在原方案主要成分的基础上，加入微量的细化晶粒元素b和稀土元素，运用独有的熔炼铸锭制造工艺，制造成分均匀，无各类偏析的优质铸锭。
步骤一中的钛棒的纯度为99.9%，锆棒的纯度为99.9%，铝硼稀土棒的纯度为99%，且钼的配料成分为14.5-15.5%，锆的配料成分为4.5-5.5%，铝的配料成分为2.8-3.3%，硼配料成分小于0.01%，铼的配料成分小于0.03%，这种设置有效的限制了原料的品级，进而可以有效的保证成本的质量，步骤一中的真空自耗凝壳炉采用熔铸500公斤以上的炉型，这样可以最大限度的降低成本，提高材料的利用率，步骤二中抽真空时真空度控制＜3pa，步骤二中冷却水出口温度＜30℃，这种设置有效的保证了生产的质量，步骤四中一次自耗和二次自耗熔炼工艺方法基本类似，第二次铸锭尺寸变大，熔炼电流电压根据铸锭尺寸大小调整，第二次铸锭自耗熔炼最后注意铸锭补缩，缩孔控制在＜50mm范围内，由于钛合金母合金铸锭是在真空自耗凝壳炉进行，合金成分均匀性好，但是金属液在直接浇铸时铸锭组织粗大，有缩孔和缩松，使用二次真空自耗熔铸对母合金铸锭组织进行调整，既保证钛合金铸锭成分均匀而且组织致密、稳定。
经上述生产后，成品铸锭化学成分控制范围：（重量百分比%）钼15.10-15.15、锆5.00-5.05、铝2.95-3.05、硼<0.005、铼<0.02、氧<0.08、氮<0.005、氢<0.001。
成品铸锭化学成分偏差远优于医用钛合金中国国家标准和国际标准，化学成分的一致性和均匀性远高于国内其他企业产品。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。