[發(fā)明專利]一種高強高塑鋯合金及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110918368.6
• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113564420B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉日平;姬朋飛;陳博涵;馬巍;王飛;郭宇星;馬明臻;張新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/03;C22F1/18;C21D1/18;C21D8/02;A61L27/04;A61L27/50
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王苗苗

本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強高塑鋯合金及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的高強高塑鋯合金，以質(zhì)量百分含量計，包括以下元素：Nb0.3～15％、Mo0.2％～6％、Hf0.01～4.5％和余量的Zr。在本發(fā)明中，Nb作為β穩(wěn)定元素，在α相和β相中形成置換固溶體，有利于提高鋯合金的強度；Mo的添加會引起晶格畸變，這些缺陷有利于在形核過程中增加形核密度，促使晶粒細化，繼而達到細晶強化作用，顯著提高了鋯合金的強度；Hf屬于中性元素，在α相和β相中固溶強化作用明顯，有利于提高鋯合金的強度；本發(fā)明結(jié)合Nb和Mo的共同作用，通過控制各元素的含量，實現(xiàn)固溶強化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高強高塑鋯合金及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋯在地殼中存儲豐富，鋯及鋯合金具有優(yōu)異的性能，如良好的耐腐蝕性能和優(yōu)異的耐輻照性能等。隨著鋯合金被廣泛開發(fā)應(yīng)用以及應(yīng)用環(huán)境條件的提高，人們對鋯合金的強度和塑性提出了更苛刻的要求，尤其是作為生物醫(yī)用材料應(yīng)用于人體中。

目前，鋯合金的制備方法主要有真空自耗電弧熔煉、非自耗電弧熔煉、電磁感應(yīng)熔煉、電子束熔煉和等離子熔煉，其中涉及的強化方式主要有固溶強化、細晶強化和第二相強化。

由于缺乏有效的強化方法，目前研究的大多數(shù)鋯合金無法兼顧較高的抗拉強度和塑性，例如傳統(tǒng)鋯合金(如Zr-Nb系和Zr-Sn系)的室溫抗拉強度一般在300MPa～600MPa之間，塑性一般在10～15％左右，難以滿足日益提高的對鋯合金強度和塑性的需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高強高塑鋯合金及其制備方法，本發(fā)明提供的高強高塑鋯合金具有強度高、塑性優(yōu)異的特點。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種高強高塑鋯合金，以質(zhì)量百分含量計，包括以下元素：

Nb 0.3～15％、Mo 0.2％～6％、Hf 0.01～4.5％和余量的Zr。

優(yōu)選的，所述高強高塑鋯合金的組織包括板條α相和/或等軸β相。

優(yōu)選的，所述板條α相的板條寬度為1～7.2μm；所述等軸β相的晶粒尺寸為52～240μm。

優(yōu)選的，所述高強高塑鋯合金的抗拉強度為650～890MPa，延伸率為12～26％。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述高強高塑鋯合金的制備方法，包括以下步驟：

提供合金鑄錠，所述合金鑄錠的化學(xué)組成與高強高塑鋯合金的設(shè)計組成一致；

將所述合金鑄錠依次進行預(yù)熱保溫處理和軋制，得到鋯合金板；

將所述鋯合金板依次進行固溶處理和水淬處理，得到所述高強高塑鋯合金。

優(yōu)選的，所述合金鑄錠的制備方法包括：將合金原料依次進行熔煉和冷卻，得到所述合金鑄錠；

所述熔煉的溫度為2500～2700℃。

優(yōu)選的，所述預(yù)熱保溫處理的溫度為700～900℃，時間為20～60min。

優(yōu)選的，所述軋制的總變形量為65～70％。

優(yōu)選的，所述固溶處理的溫度為700～900℃，保溫時間為1～3min。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述高強高塑鋯合金或上述技術(shù)方案所述制備方法制備的高強高塑鋯合金在制備承力植入材料或在餐飲用品中的應(yīng)用。