[發(fā)明專利]一種生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金及其生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810576030.5
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108950298B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶軍暉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北第二師范學(xué)院
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/02;C22F1/18;A61L27/06
• 代理公司: 11212 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 楊立;李蕾

本發(fā)明屬于抗氫脆鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金及其生產(chǎn)方法。抗氫脆鈦合金的材料主體為鈦合金，在材料主體中分散有富Nd第二相顆粒，其化學(xué)成份按重量百分?jǐn)?shù)計為：Al為8～12％，Sn為6～10％，Z為3～6％，Mo為2～5％，Si為1～3％，Nd為1～3％，余量為Ti。其生產(chǎn)方法包括步驟：熔煉，并澆筑成型；均熱處理；粗軋；精軋；層流冷卻；卷取，制得熱軋板卷；將熱軋板卷進(jìn)行熱處理保溫后水淬，得到生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金。本發(fā)明的生物醫(yī)學(xué)植入用鈦合金含有大量均勻彌散分布的富Nd第二相顆粒既滿足了抗氫脆的性能要求，又滿足了高強(qiáng)度和高韌性的機(jī)械性能要求，為人體環(huán)境下使用生物醫(yī)學(xué)植入鈦合金結(jié)構(gòu)件提供了生產(chǎn)原料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于抗氫脆鈦合金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)

鈦合金以其高比強(qiáng)度，高熱強(qiáng)度，小密度，良好的抗蝕性、低溫性能和吸氣性能等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)植入用骨釘、骨板及人工關(guān)節(jié)等重要的金屬植入材料。在人體的服役環(huán)境中，氫作為元素周期表中第一元素會以氫氣(H₂)、水(H₂O)、氫化物(H₂S、HF、HCl等)以及其它氣液形式無處不在。由于氫原子結(jié)構(gòu)最簡單、體積最小，因而它能輕易的從鈦合金表面向內(nèi)擴(kuò)散，氫原子聚集于基體內(nèi)，使其結(jié)合強(qiáng)度降低，同時在循環(huán)應(yīng)力的作用下導(dǎo)致其最終開裂，這種現(xiàn)象被稱為氫脆，也被稱作氫致延遲斷裂或氫致?lián)p傷。鈦合金氫脆通常斷裂前沒有明顯現(xiàn)象，事發(fā)突然往往引起嚴(yán)重后果。近年來，隨著鈦合金在生物醫(yī)學(xué)植入領(lǐng)域中的大量應(yīng)用，鈦合金氫脆斷裂的頻發(fā)造成了大量骨折斷裂的嚴(yán)重問題，為了保證生物醫(yī)學(xué)植入鈦合金的安全可靠性，急需開發(fā)出一種能夠抵抗氫脆產(chǎn)生的生物醫(yī)學(xué)植入用鈦合金。

目前，為了使生物醫(yī)學(xué)植入用鈦合金在人體氫存在的環(huán)境下避免氫脆，鈦合金的表面會鍍上一層膜用以阻止金屬吸入氫原子。但是，如果鍍層出現(xiàn)了裂紋，鈦合金就會暴露出來，并且由于氫原子尺寸極小，能夠在任何鈦合金中擴(kuò)散，鍍層只能起到延緩氫脆的作用，不能從根本上抵抗氫脆。由于氫脆主要由擴(kuò)散氫所致，如果能在鈦合金中制備出一系列能夠在氫原子進(jìn)入鈦合金之初就將其困住的不可逆氫陷阱，這些不可逆氫陷阱就會像鈦合金內(nèi)部海綿一樣牢牢將擴(kuò)散氫原子富集在其周圍，這樣就不會對鈦合金材料性能造成危害了。根據(jù)此原理，本發(fā)明通過在鈦合金中添加適量的稀土Nd會以內(nèi)氧化的形式形成一種富Nd第二相顆粒彌散分布于鈦合金基體中。這種富Nd第二相顆粒與氫原子結(jié)合力較大，可將氫原子牢牢吸附在其周圍，當(dāng)該第二相顆粒足夠多時即可形成大量不可逆氫富集住擴(kuò)散氫，從而使生物醫(yī)學(xué)植入用鈦合金從根本上防止了氫脆的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金及其生產(chǎn)方法。本發(fā)明生產(chǎn)的生物醫(yī)學(xué)植入用鈦合金含有大量均勻彌散分布的富Nd第二相顆粒既滿足了抗氫脆的性能要求，又滿足了高強(qiáng)度和高韌性的機(jī)械性能要求，為人體環(huán)境下使用的各種生物醫(yī)學(xué)植入鈦合金結(jié)構(gòu)件提供了優(yōu)選的生產(chǎn)原料。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

一種生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金，其材料主體為鈦合金，在所述材料主體中分散有富Nd第二相顆粒。

上述技術(shù)方案所提供的生物醫(yī)學(xué)植入用抗氫脆鈦合金，以富Nd第二相顆粒形成的富Nd第二相顆粒作為不可逆氫陷阱，可固定住鈦合金中擴(kuò)散氫原子，從而實(shí)現(xiàn)鈦合金的抗氫脆性能，其原理如圖1所示，富Nd第二相顆粒作為不可逆氫陷阱，可固定住鈦合金中擴(kuò)散氫原子。

具體的：

所述富Nd第二相顆粒的平均粒徑在100～200μm之間；

所述富Nd第二相顆粒的數(shù)量為1000～3000顆/立方厘米；

Nd的百分含量為1～3wt％；

所述富Nd第二相顆粒的形狀為橢球型；