[發(fā)明專利]一種鈦鎳基合金材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114875294B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設計）人: 何博;賈文靜
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C22C30/02
• 分類號: C22C30/02;B22F9/08;B33Y70/00;A61L31/02;A61L31/14
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 馬歡歡

本發(fā)明涉及形狀記憶合金技術領域，尤其涉及一種鈦鎳基合金材料及其制備方法與應用。該鈦鎳基合金材料，由包括以下重量份數(shù)的原料制備得到：鈦43～46份、鎳45.3～48.5份、銅5～10份、鈮0.1～0.3份。通過將鈦、鎳、銅、鈮進行預合金化熔煉除雜后制成合金棒；然后將合金棒放入氣霧化制粉爐獲得鈦鎳銅鈮合金粉末，再使用金屬3D打印機制備成醫(yī)療植入構件。本發(fā)明與傳統(tǒng)的鈦鎳合金相比，所制備構件具有與人骨更為相近的彈性模量，更適于作為制備醫(yī)療植入構件，并且通過添加銅元素和鈮元素能夠明顯降低合金相變溫度對成分變化的強敏感性。

技術領域

本發(fā)明涉及形狀記憶合金技術領域，尤其涉及一種鈦鎳基合金材料及其制備方法與應用。

背景技術

具有形狀記憶效應和超彈性的合金被人們稱為形狀記憶合金(Shape?MemoryAlloy，SMA)，形狀記憶合金因具有可貴的記憶原始形狀的性能受到了國內(nèi)外學者的廣泛研究。目前開發(fā)出的具有形狀記憶效應的合金體系中，TiNi基合金因具有高耐磨性、耐腐蝕性、高阻尼性能、良好的機械性能和生物相容性，是一種兼具結(jié)構和功能性的優(yōu)質(zhì)材料。

然而，傳統(tǒng)的鈦鎳形狀記憶合金的制備工藝存在一定的缺陷，如記憶合金的傳統(tǒng)制備工藝成本較高，不利于大規(guī)模推廣應用；熔煉鑄造工藝在熔煉過程中會不可避免的融入C、N、O等雜質(zhì)元素，影響記憶合金的性能；并且，制備的鈦鎳形狀記憶合金還具有可加工性能差的缺陷。

此外，TiNi合金中馬氏體相變溫度對Ni元素含量變化十分敏感，在近等原子比TiNi合金中，當Ni元素增加0.1％時，相變溫度降低約10K。在調(diào)整TiNi合金中Ni、Ti含量時，必須要考慮這一影響因素。

因此，如何提供一種對Ni含量低敏感性的鈦鎳基合金材料，以及解決傳統(tǒng)的鈦鎳合金材料制備工藝存在的缺陷，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鈦鎳基合金材料及其制備方法與應用，以解決現(xiàn)有技術存在的缺陷。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種鈦鎳基合金材料，由包括以下重量份數(shù)的原料制備得到：

鈦43～46份、鎳45.3～48.5份、銅5～10份、鈮0.1～0.3份。

優(yōu)選的，所述的一種鈦鎳基合金材料，由包括以下重量份數(shù)的原料制備得到：

鈦42～45份、鎳45.5～48份、銅6～9份、鈮0.15～0.25份。

本發(fā)明還提供了一種上述鈦鎳基合金材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鈦、鎳、銅、鈮原料放入氧化鈣坩堝進行預合金化熔煉除雜后制成合金棒；

(2)將合金棒放入氣霧化制粉爐獲得鈦鎳銅鈮合金粉末。

優(yōu)選的，所述步驟(1)制備的合金棒的尺寸為φ40～60mm×350mm。

優(yōu)選的，所述預合金化熔煉除雜是在真空中頻感應熔煉爐中進行，真空中頻感應熔煉爐的電壓為200～500V，電流為200～300A；待鈦、鎳、銅、鈮完全熔化后，抽真空，保持壓力≤2Pa，再精煉30～60min，澆筑于模具內(nèi)，澆筑完成后向真空中頻感應爐內(nèi)充氬氣至壓力為0.07～0.09MPa，冷卻50～60min后出爐。

優(yōu)選的，所述步驟(2)將合金棒放入氣霧化制粉爐后先使用氬氣置換2～4次，霧化壓力為2～5MPa，給料速度為40～70mm/min，熔煉功率為20～30kW。

優(yōu)選的，所述步驟(1)或(2)使用的氬氣純度均≥99.999％。

本發(fā)明還提供了一種上述鈦鎳基合金材料的應用方法，所述鈦鎳基合金材料在制備醫(yī)療植入構件中的應用。