[发明专利]一种低弹性模量新型医用锆合金及其设计方法

权利要求书

1.一种低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金主要由锡、铜、铌和锆组成，各组成元素按原子百分比计算，锡为0.6 at.% - 1.5 at.%，铜为3.4 at.% - 4.6 at.%，铌为12 at.% - 15 at.%，余量为锆。

2.根据权利要求1所述的低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金各组成元素按原子百分比计算，锡为1.5 at.%，铜为4 at.%，铌为15 at.%，余量为锆。

3.根据权利要求1或2所述的低弹性模量新型医用锆合金，其特征在于：所述低弹性模量新型医用锆合金弹性模量为19GPa-36 Gpa，最大抗压强度为750 MPa-1300 Mpa。

4.如权利要求1~3任一所述的低弹性模量新型医用锆合金的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）基于合金相图和合金强化机制，选择Sn、Cu、Nb作为掺杂元素设计医用锆合金；

（2）利用二次回归正交旋转组合设计对医用锆合金进行成分设计，以合金的弹性模量为试验指标，以锡、铜、铌三个掺杂元素的含量为试验因素，将三个因素水平进行编码，通过二次回归正交旋转组合设计计算得到实验方案；

（3）将方案中的合金元素的各原子百分比换算成重量百分比，得到称重配比方案；

（4）按照组合设计所得的称重配比方案进行合金制备、压缩实验、进一步的物相分析和显微组织观察试验；

（5）利用SPSS对实验结果进行分析，最终得到合金性能与合金元素的数学模型；

（6）根据数学模型挑选出具有最佳性能的医用锆合金。

5.如权利要求1~3任一所述的低弹性模量新型医用锆合金的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

（1）原料称取：在称量样品前，先分别把锆、锡、铜和铌4种金属块表面的氧化皮磨掉，根据各原料组分的重量百分比称取，备用；

（2）熔炼前的准备：锆合金熔炼前，先将真空炉中的杂物清洗干净，再将称量好的原材料Zr、Nb、Sn、Cu按熔点由低到高依次放入真空炉中，抽真空，通入氩气体进行洗气；

（3）熔炼样品：在氩气氛围中引弧熔炼若干次，熔炼电压为220V，熔炼电流控制在100-200A，熔炼温度为3000℃-3500℃，待坩埚铜冷却到室温，即得到所述低弹性模量新型医用锆合金。

6.根据权利要求5所述的低弹性模量新型医用锆合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，真空度控制在4.0×10^-3～6×10^-3Pa。

7.根据权利要求5所述的低弹性模量新型医用锆合金的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中熔炼反复熔炼4-6次。

8.根据权利要求5所述的低弹性模量新型医用锆合金的制备方法，其特征在于：所述的合金铸锭进行弹性模量测试，其步骤包括：

（1）制备得到的样品经过线切割成标准样，标准样的尺寸为：5 mm ×5 mm × 10 mm；

（2）将标准样表面的油污处理干净，然后在材料试验系统上进行压缩试验；

（3）进一步的物相分析及显微组织观察试验，得到实验数据；

（4）将得到的实验数据取平均值，得到实验结果；

（5）将实验结果的平均值输入到二次回归正交旋转组合设计的结构矩阵中，得到合金弹性模量与掺杂元素的数学模型。