[發明專利]一種具有較高機械性能的醫用致密鈦合金零件的制造方法

有效

• 申請號: 201811572334.0
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109722563B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 鄢臘梅;羅鵬;顧彥;袁友偉
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B33Y10/00
• 分類號: B33Y10/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發明公開一種具有較高機械性能的醫用致密鈦合金零件的制造方法。將鈀、鋁、鎳、鈦、不可避免的雜質的混合粉末采用AM250系統3D打印方式制備毛坯。AM250系統采用單一模式功率為125～200W的脈沖光纖激光器，其保護氣為氮氣和氧氣，其中含氧量保持在0.5～1.5％。掃描系統為光學掃描系統，采用交叉掃描方式進行掃描。最后將上述毛坯置于200～400℃的真空熱處理爐中進行3～6小時的熱氧化處理。本發明掃描方式能通過激光加熱充分金屬粉末至熔化，冷卻后就完全結合在一起，使得產品致密度最高能達到99.8％。

技術領域

本發明涉及一種具有較高機械性能的醫用致密鈦合金零件的制造方法。

背景技術

傳統粉末冶金零件的強度與硬度制造業均向精細化發展，微型零件的需求不斷加大，如何制備出高精度、高性能的微型零件已成為制造業發展的趨勢。Shishkovsky等人于2007年率先采用選區激光融化方法利用粉末直接制造零部件，通過激光源融化粉末成功制備了YSZ-Al2O3試樣，雖然試樣表面形貌較光滑、均勻、致密，但內部仍然包含氣孔和裂紋。PMG集團開發出了一種擁有專利權的表面致密化工藝———DensiForm，利用這種工藝可使零件表面關鍵部分形成深度達1mm的完全致密化表面層，而零件心部仍然是多孔性的，多孔性的零件相比致密的零件其力學性能大大降低。

激光融化粉末的掃描方式是決定所生產零件質量的關鍵技術，對微型零件微觀組織及性能有重大的影響。不同的掃描方式其孔隙數量不同，所生產零件的相對密度也不同。傳統的激光融化粉末的掃描方式有：垂直掃描和平行掃描，由此生產的零件其致密度最多達到85％，因此其機械性能難以滿足要求。

用于骨折部位固定的內固定器件骨螺釘、醫用牙齒矯正用的螺釘等醫用零件需要具有高強度的致密鈦合金零件。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種具有較高機械性能的醫用致密鈦合金零件的制造方法。

本發明鈦合金包括以下各量含量成分：鈀1～3％,鋁2～5％，鎳3～6％，其余為鈦和不可避免的雜質；

鈀：鈀具有極佳的物理與化學性能，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和具有極強的伸展性，在純度、稀有度及耐久度上，都可與鉑、金互相替代。是第五周期Ⅷ族鉑系元素的成員，鈀是銀白色過渡金屬，較軟，有良好的延展性和可塑性，能鍛造、壓延和拉絲。化學性質較穩定，不溶于有機酸、冷硫酸或鹽酸。常態下不易氧化和失去光澤。鈀幾乎沒有雜質，純度極高，閃耀著潔白的光芒。鈀的純度還十分適合肌膚，不會造成皮膚過敏。鈀均有較大的固溶度，其對鈦合金的室溫和高溫抗拉強度以及塑性起到了提升的作用。

鋁：鋁的重量輕和耐腐蝕，是其性能的兩大突出特點。鋁的密度很小，僅為2.7g/cm³，雖然它比較軟，但可制成各種鋁合金，如硬鋁、超硬鋁、防銹鋁、鑄鋁等。鋁有較好的延展性(它的延展性僅次于金和銀)，鋁的表面因有致密的氧化物保護膜，不易受到腐蝕。 Ti同Al之間可以形成相當復雜的相變，這些形成的Ti和Al相對鈦合金起到了一定的強化作用，主要是其熱強性能會有所提升。

鎳，近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光和抗腐蝕。鎳屬于親鐵元素。有良好延展性，具有中等硬度和良好的可塑性。有好的耐腐蝕性，鎳近似銀白色、硬而有延展性并具有鐵磁性的金屬元素，它能夠高度磨光和抗腐蝕，主要用于抗腐蝕合金及用作催化劑。鎳對β相臨界滑移強度的提高和Ms點的降低起到了重要作用，并有利于鎳鈦合金的超彈性和形狀記憶效應。

上述鈦合金采用以下制備方法制備得到：

步驟(1)、將鈀、鋁、鎳、鈦、不可避免的雜質分別采用霧化制粉法，獲取得到平均粒徑分布為25～31μm的粉末；并采用YSH-雙螺旋錐形混合機混合1～3小時，充分攪拌均勻。

霧化制粉由英國LPW技術有限公司Runcorn提供。