[发明专利]一种Ti-13Nb-13Zr合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种Ti‑13Nb‑13Zr合金的制备方法，属于粉末冶金法制备钛合金技术领域。本发明所述方法直接将TiH₂粉末、金属Nb粉末以及ZrH₂粉末按Ti‑13Nb‑13Zr合金标准比例混合球磨，对混合粉末进行压制成型得到压坯后，对压坯进行真空烧结，最终制备得到高致密的Ti‑13Nb‑13Zr合金，本发明解决了现有技术中使用纯钛粉末制备Ti‑13Nb‑13Zr合金的传统生产方法中存在的工艺流程长、生产过程能耗高、成材率低、后续加工过程繁杂、生产成本高等突出问题。

技术领域

本发明属于粉末冶金法制备钛合金技术领域，具体涉及一种Ti-13Nb-13Zr合金的制备方法。

背景技术

钛是一种重要的有色金属元素之一，作为一种稀有金属，钛及其合金，以及钛的化合物材料拥有独特且优异的综合性能，其中钛合金Ti-13Nb-13Zr是一种综合性能优良的近β型生物医用钛合金，具有中高强度、高塑性、高韧性、高疲劳强度、低弹性模量和优良的耐腐蚀性和生物相容性，且无细胞毒性，是目前最具潜力的生物材料之一。虽然钛合金在医学上的应用有巨大的优势，但高昂的价格妨碍了其大规模推广应用，传统的Ti-13Nb-13Zr合金主要的生产方法为熔铸法，但该方法存在熔炼成本高、成材率低的缺点。

发明内容

本本发明要解决的技术问题是：传统使用纯钛粉末为原料制备Ti-13Nb-13Zr合金的传统生产方法中存在的工艺流程长、生产过程能耗高、成材率低、后续加工过程繁杂、生产成本高的问题。

本发明的目的在于提供一种Ti-13Nb-13Zr合金的制备方法，将TiH₂粉末、金属Nb粉末以及ZrH₂粉末按Ti-13Nb-13Zr合金标准成分比例混合，再对混合粉末进行高能球磨；在常温条件下，对球磨后的混合粉末进行压制成型，得到压坯；将压坯置入高真空烧结炉，烧结过程持续抽真空，保持真空度小于等于10^-2Pa，最终烧结得到Ti-13Nb-13Zr合金。

本发明所述TiH₂粉末、金属Nb粉末、ZrH₂粉末的粒度为325目~400目（单次合成时最好保证各粉末粒度一致），且各粉末纯度要求大于等于99.0%。

本发明所述球磨过程中：玛瑙球质量:混合粉末质量为3:1~5:1，球磨速度为150r/min~300r/min，球磨时间设置为60min~150min

本发明所述压制成型过程中：压制压力为5MPa~10MPa，保压时间为10min~20min。

本发明所述烧结的条件为：烧结温度为1300℃~1500℃，烧结时间为60min~180min，升温过程中设置基本升温速率为10℃/min，分别在400℃、500℃、600℃、800℃、900℃、1000℃设置保温平台，各平台保温20分钟，且烧结过程中持续抽真空，且保持真空度小于等于10^-2Pa。

本发明的原理：本发明是使用粉末冶金法，以金属氢化物TiH₂、ZrH₂粉末为原料，利用TiH₂、ZrH₂的高温脱氢特性，在真空烧结升温过程中，体系中的氢以氢气的形式不断逸出，使得压坯微观结构发生变化，随着氢气的不断逸出，合金的微观结构不断收缩，合金体积减小，即合金的形成过程，伴随了体系的脱氢过程以及合金中Ti元素和Zr元素的同素异构转变过程，使得最终通过直接烧结TiH₂、ZrH₂及合金粉末组成的混合粉末坯体得到高致密的Ti-13Nb-13Zr合金产品；此外，释放出的氢气能有效清洁合金表面，使得到的合金无需进行过多的表面处理即可使用。

本发明的有益效果：