[發明專利]一種Co合金化的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金的制備方法

在審

• 申請號: 201811048247.5
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109161725A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 許曉靜;王賽甫;趙倩;史小冬;李沖;蔡成彬;居士浩;黃錦棟
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C14/00
• 分類號: C22C14/00;C22C1/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種Co合金化的Ti?24Nb?4Zr?7.9Sn?5Co合金的制備方法，其特征在于：它包括以下步驟：首先，它以Ti、Nb、Zr、Sn、Co粉末為原材料經高能球磨制備成混合粉末制備。然后，將混合粉末進行常規模壓處理。最后，將模壓所得壓塊進行真空無壓燒結處理，獲得硬度、彈性磨高，摩擦系數小，抗腐蝕性能高，生物相容性較好的5wt.％Co/TNZS鈦基材料。本發明很好的解決了TNZS合金存在的問題，并且制備工藝簡單，經濟性優良。

技術領域

本發明涉及金屬材料制備領域，尤其是一種TNZS基材料的制備方法，具體地說是一種較高的硬度、彈性模量；較低的摩擦系數；強的抗腐蝕性；更佳的生物相容性的鈦基材料的制備方法。

背景技術

TNZS合金(Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn)不僅具有較低的彈性模量、優良的耐腐蝕性等特性，并且還具有優良的加工成型性以及相應的力學性能，這些優點使其順利成為現如今醫用植入體的首選材料之一。但是生物醫用TNZS合金，仍然存在彈性模量高，摩擦因數高、摩擦磨損性能差以及生物相容性較差等諸多缺陷，嚴重限制了其在臨床醫學上的廣泛應用。

Co可加快合金內部顆粒的擴散速率，改善整體的致密化程度，使試樣內部缺陷減少、強度增加，進而提高材料的顯微硬度，并且Co本身的彈性模量較高，對提升合金的彈性模量具有一定的促進作用。Co能夠降低其自腐蝕電流密度，從而在一定程度上改善材料于抗腐蝕性能，因此通過添加Co金屬元素來改變材料的元素分布、組織構成從而改善鈦基材料的整體性能具有較高的價值和重要的意義。

據申請人所知，迄今為止尚未有在TNZS鈦基材料中添加Co金屬元素并且采用粉末冶金法來制備5wt.％Co/TNZS的報道。

發明內容

本發明的目的是針對現有的TNZS合金存在彈性模量高，摩擦因數高、摩擦磨損性能差以及生物相容性較差等問題，發明一種采用“高能球磨-模壓成型-真空無壓燒結”的Co合金化的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金的制備方法，它通過添加Co粉末，制備5wt.％Co/TNZS。所獲得的5wt.％Co/TNZS具有較高硬度、彈性模量，較小的摩擦系數，較強的抗腐蝕性，較好的生物相容性，而且制備方法操作簡單、易實現，經濟性優良。

本發明的技術方案是：

一種Co合金化的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(5wt.％Co/TNZS)合金的制備方法，其特征是它包括以下步驟：

步驟1，高能球磨混合粉末制備：先配制5wt.％Co/TNZS混合粉末經高能球磨后，置于真空干燥箱內60℃保溫4h烘干，過篩；

步驟2，常規模壓處理的方法：將步驟1制備的混合粉末在南通鍛壓設備廠制造的YB32-100液壓機進行壓制成型(壓制壓力為18Mpa，保壓3min)，即得所需壓塊厚度為4mm左右；

步驟3，真空無壓燒結處理：將步驟2壓制成型的壓塊放置在WZS-20型雙室真空燒結爐進行無壓燒結。其中真空度1×10^-1Pa，升溫速率10℃/min。燒結工藝為先預燒至600±10℃保溫2h，升溫至800±10℃保溫2h,再升溫至1000±10℃保溫2h，最終升溫至1250±10℃保溫2h，隨后隨爐冷卻。

高能球磨的參數為：行星球磨機，球料質量比為10:1，400r/min球磨72h，球磨50min停機10min。

5wt.％Co/TNZS混合粉末各組分的質量百分比分別為Ti粉：59.1％，Nb粉:24％，Zr粉:4％，Sn粉：7.9％，Co粉：5％。

本發明的有益效果是：

(1)本發明通過“高能球磨-常規模壓-真空無壓燒結”相結合的粉末冶金技術，獲得成分分布均勻的TNZS基金屬材料，為鈦金屬提供了一種可工業化生產的制備方法。