[发明专利]一种梯度多孔NiTi形状记忆合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及NiTi形状记忆合金的制备方法，具体涉及一种梯度多孔NiTi形状记忆合金的制备方法。

背景技术

多孔NiTi形状记忆合金具有良好的生物相容性和相对于其他金属材料来说较低的弹性模量，最重要的是它具有独特的形状记忆效应和超弹性，因此，多孔NiTi形状记忆合金非常适合用于骨头的修复与替换。

目前，关于多孔NiTi形状记忆合金的研究基本都集中于均匀孔隙多孔形状记忆合金方面。临床上，对于骨片状缺损或块状缺损的情况，可以根据需要选用相应孔隙率的均匀多孔NiTi形状记忆合金，但是，均匀多孔NiTi形状记忆合金只能用于骨的腔隙性缺损的修复，而不能用于长骨的大段骨修复。因为人体的长骨由同心圆排列的骨板与哈佛系统组成，外层皮质骨硬且致密，内层松质骨呈网状、排列疏松，即长骨的骨孔为同心径向梯度排列。对于长骨某大段骨的缺损，需要考虑整体结构上的匹配性。因而，作为长骨替换用的材料，还需要从结构上对其进一步改进，来满足人体骨骼的结构特征要求。故制备出同心的径向梯度多孔NiTi形状合金，仿长骨结构的梯度多孔NiTi形状记忆合金即是非常必要的。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种内外层同心性好，力学性能稳定的梯度多孔NiTi形状记忆合金的制备方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本梯度多孔NiTi形状记忆合金的制备方法，包括以下操作步骤：

（1）把Ni粉和Ti粉按照Ni原子和Ti原子比为（50~51）：（50~49）混合均匀，得到混合粉末A；把Ni粉和Ti粉按照Ni原子和Ti原子比为（50~51）：（50~49）混合均匀后，再加入一定量的造孔剂，然后将Ni粉、Ti粉和造孔剂混合均匀，得到混合粉末B；

（2）使用模具将混合粉末A压制成空心圆筒状的外坯，再向外坯的内孔中填充混合粉末B，填满后再压制成型，得到同心分层结构的粉末生坯；

（3）将粉末生坯放置于管式炉中，在真空状态进行加热烧结，得到梯度多孔NiTi形状记忆合金。

步骤（1）所述造孔剂为NH₄HCO₃颗粒，所述混合粉末B中含有NH₄HCO₃颗粒的质量分数为30%~35%。

所述NH₄HCO₃颗粒的粒径大小为250μm~300μm。

步骤（2）所述模具包括模套、顶模、外坯压模、底模环、底模块和芯棒，所述混合粉末A和混合粉末B被压制成同心分层结构的粉末生坯的过程为：

I、所述底模环置于模套的套孔的底部，再将芯棒固定插入外坯压模，从而底模环、芯棒与模套形成底部不通的环状空隙，然后向此环状空隙填充入一定高度的混合粉末A，再用套于芯棒的外坯压模将混合粉末压实，得到外坯；

II、将固定芯棒从底模环和模套中抽出，同时将底模块插入底模环的通孔，此时，再向外坯的内孔填充混合粉末B，形成内芯；

III、当混合粉末B的高度与外坯的高底相等时，抽出外坯压模，再把顶模插入套孔对内芯和外坯进行整体压实；

IV、使用万能液压机向顶模施加350MPa~450MPa的作用力，并保持5分钟，再将内芯和外坯压制成的粉末生坯取出套孔。

步骤I所述外坯的厚度与步骤II所述内芯的直径的比值为1:9。

所述模套的截面为同心圆环，所述顶模为圆柱棒，且顶模与套孔匹配，同时顶模的长度为套孔高度的1~1.2倍；

所述外坯压模的截面为同心圆环，所述外坯压模的外径大小与套孔匹配，而内径大小与圆柱状的芯棒匹配，且外坯压模的高底为套孔高度的0.9~1.1倍；

所述底模环的截面为同心圆的圆环，所述底模环的通孔大小与芯棒的直径匹配，且底模环的高底为套孔高度的0.2~0.3倍，所述芯棒的长度为套孔高度的1.2~1.5倍；当压制混合粉末A时，底模环主要用于固定芯棒和对套孔的底部进行密封。

所述底模块的高底与底模环的高度相等，同时底模块与底模环的通孔尺寸大小匹配。将混合粉末B填充到外坯前，底模环和底模块的配合对套孔的底部进行密封。

所述模具采用的材料为Cr12。

步骤（3）所述粉末生坯在管式炉中，在真空状态下，先以200℃~300℃的温度下加热1h~2h，从而去除粉末生坯中的造孔剂；然后以一定的速率将加热温度提升到1000℃~1200℃，并将提升后的温度保持2.5h~3.5h，从而将粉末生坯烧结成梯度多孔NiTi形状记忆合金。