[發(fā)明專利]一種低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金及其設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810393350.7
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108411157B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湛永鐘;湯宏群;甘夏霞;韓峰;丁曉龍;李吉東;郭付達;張嘉凱
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/02
• 代理公司: 南寧啟創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

1.一種低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金，其特征在于：所述低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金主要由錫、銅、鈮和鋯組成，各組成元素按原子百分比計算，錫為0.6 at.% - 1.5 at.%，銅為3.4 at.% - 4.6 at.%，鈮為12 at.% - 15 at.%，余量為鋯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金，其特征在于：所述低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金各組成元素按原子百分比計算，錫為1.5 at.%，銅為4 at.%，鈮為15 at.%，余量為鋯。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金，其特征在于：所述低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金彈性模量為19GPa-36 Gpa，最大抗壓強度為750 MPa-1300 Mpa。

4.如權(quán)利要求1~3任一所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金的設(shè)計方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）基于合金相圖和合金強化機制，選擇Sn、Cu、Nb作為摻雜元素設(shè)計醫(yī)用鋯合金；

（2）利用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計對醫(yī)用鋯合金進行成分設(shè)計，以合金的彈性模量為試驗指標(biāo)，以錫、銅、鈮三個摻雜元素的含量為試驗因素，將三個因素水平進行編碼，通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計計算得到實驗方案；

（3）將方案中的合金元素的各原子百分比換算成重量百分比，得到稱重配比方案；

（4）按照組合設(shè)計所得的稱重配比方案進行合金制備、壓縮實驗、進一步的物相分析和顯微組織觀察試驗；

（5）利用SPSS對實驗結(jié)果進行分析，最終得到合金性能與合金元素的數(shù)學(xué)模型；

（6）根據(jù)數(shù)學(xué)模型挑選出具有最佳性能的醫(yī)用鋯合金。

5.如權(quán)利要求1~3任一所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：

（1）原料稱?。涸诜Q量樣品前，先分別把鋯、錫、銅和鈮4種金屬塊表面的氧化皮磨掉，根據(jù)各原料組分的重量百分比稱取，備用；

（2）熔煉前的準(zhǔn)備：鋯合金熔煉前，先將真空爐中的雜物清洗干凈，再將稱量好的原材料Zr、Nb、Sn、Cu按熔點由低到高依次放入真空爐中，抽真空，通入氬氣體進行洗氣；

（3）熔煉樣品：在氬氣氛圍中引弧熔煉若干次，熔煉電壓為220V，熔煉電流控制在100-200A，熔煉溫度為3000℃-3500℃，待坩堝銅冷卻到室溫，即得到所述低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金的制備方法，其特征在于：所述步驟（2）中，真空度控制在4.0×10^-3～6×10^-3Pa。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金的制備方法，其特征在于：所述步驟（3）中熔煉反復(fù)熔煉4-6次。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低彈性模量新型醫(yī)用鋯合金的制備方法，其特征在于：所述的合金鑄錠進行彈性模量測試，其步驟包括：

（1）制備得到的樣品經(jīng)過線切割成標(biāo)準(zhǔn)樣，標(biāo)準(zhǔn)樣的尺寸為：5 mm ×5 mm × 10 mm；

（2）將標(biāo)準(zhǔn)樣表面的油污處理干凈，然后在材料試驗系統(tǒng)上進行壓縮試驗；

（3）進一步的物相分析及顯微組織觀察試驗，得到實驗數(shù)據(jù)；

（4）將得到的實驗數(shù)據(jù)取平均值，得到實驗結(jié)果；

（5）將實驗結(jié)果的平均值輸入到二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的結(jié)構(gòu)矩陣中，得到合金彈性模量與摻雜元素的數(shù)學(xué)模型。