[发明专利]一种低弹性模量医用钛合金铸锭制备方法

说明书

一种低弹性模量医用钛合金铸锭制备方法，根据TiNbTaZr合金中的各元素质量百分比，计算Ta板、Ti板、Zr板以及Nb板的重量，并将每个Ta板、Ti板、Zr板以及Nb板剪裁成相同长度、宽度的板条；将Ta板条摆放在最中间，在Ta板条两侧依次交叉摆放Nb板条、Zr板条与Ti板条；将排列好的板料组焊成自耗电极，然后进行3次熔炼即可。本发明利用电弧在两极间距离最短的两点之间维持的特点，熔炼过程中同一横截面上低熔点的原材料熔完后，电弧会转移到未熔化的高熔点原材料上，直至高熔点原材料与低熔点原材料处于同一平面时，电弧会转移至低熔点原材料上继续进行熔化，降低因原材料熔化速度不同对化学成分均匀性的影响。

技术领域

本发明属于医用生物钛合金制备技术领域，涉及一种低弹性模量医用钛合金铸锭制备方法。

背景技术

TiNbTaZr合金是一种β型钛合金，具有良好的生物相容性，无毒无磁，具有与人体骨骼相近的弹性模量，是最适合用于人体植入的生物材料之一，其用途包括人工关节、人体骨、假牙牙套等。

由于Ti、Nb、Ta、Zr各元素的熔点、密度相差太大，给合金的制备带来一定困难，传统工艺方法制备出的TiNbTaZr合金中钽、铌元素偏析严重，合金成分准确性和均匀性难以得到保证。为提高合金化效果，获得化学成分均匀的合金，需要一种更好的制备方法来提高TiNbTaZr合金合金铸锭的冶金质量。

发明内容

针对现有TiNbTaZr合金制备技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低弹性模量医用钛合金铸锭制备方法，便于经济的制备化学成分均匀、无冶金缺陷的TiNbTaZr合金铸锭。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种低弹性模量医用钛合金铸锭制备方法，包括以下步骤：

步骤一：根据TiNbTaZr合金中的各元素质量百分比，计算Ta板、Ti板、Zr板以及Nb板的重量，并将每个Ta板、Ti板、Zr板以及Nb板剪裁成相同长度、宽度的板条；

步骤二：将Ta板条摆放在最中间，在Ta板条两侧依次交叉摆放Nb板条、Zr板条与Ti板条；

步骤三：将步骤二中排列好的板料夹紧，组焊成自耗电极；

步骤四：一次熔炼：将步骤四制备的自耗电极采用真空自耗电弧熔炼方法进行熔炼，冷却后获得一次锭；

步骤五：二次熔炼：将步骤五获得的一次锭倒置作为自耗电极，采用真空自耗电弧熔炼方法进行二次熔炼，冷却后获得二次锭；

步骤六：三次熔炼：将步骤六获得的二次锭倒置作为自耗电极在真空自耗电弧炉中进行三次熔炼，冷却后获得低弹性模量医用钛合金铸锭。

本发明进一步的改进在于，步骤一中，TiNbTaZr合金按质量百分比计，包括Nb为25～40％，Ta为2～15％，Zr为2～10％，余量为Ti。

本发明进一步的改进在于，步骤一中，Ta板的厚度≤1mm，Ti板、Zr板以及Nb板的厚度均为1～6mm。

本发明进一步的改进在于，步骤三中，在真空等离子焊箱中组焊成自耗电极；

本发明进一步的改进在于，步骤四中，熔炼的条件为：稳弧电流为AC 5～6A/30S，熔炼电流为3.2～3.4KA，熔炼电压为30～32V，熔前真空度≤0.1Pa，漏气率≤0.3Pa/min。

本发明进一步的改进在于，步骤五中，二次熔炼的条件为：稳弧电流为AC 6～7A/30S，熔炼电流为3.4～3.6KA，熔炼电压为32～34V，熔前真空度≤0.1Pa，漏气率≤0.3Pa/min。