[发明专利]基于TiH2

说明书

本发明提供了一种基于TiH₂的Ti‑Nb‑Sn骨修复合金的粉末冶金制备方法，通过其方法得到的合金的压缩性能取得了明显的提高，该方法主要包含如下步骤：按成分配比称取TiH₂、Nb、Sn粉末，将TiH₂、Nb、Sn粉末进行机械均匀混合；采用压片机，对混合均匀的TiH₂、Nb、Sn粉末进行压制，得到样品；在高纯氩气保护气氛下，将所述样品放入管式炉中进行烧结成形；烧结完成后，随炉冷却，得到Ti‑Nb‑Sn合金。

技术领域

本发明属于生物医用钛合金制备技术领域，提供了基于TiH2的Ti-Nb-Sn骨修复合金的粉末冶金制备方法。

背景技术

生物医用材料主要包括陶瓷、高分子聚合物和金属三大类，相较于另外两种，金属材料具有更好的机械相容性、即足够的强度和韧性、良好的耐磨性以及合适的弹性模量，更加适用于骨修复材料。金属材料主要分为不锈钢、钴铬合金和钛及钛合金三大类，这些材料各有优势与不足。不锈钢材料作为植入体，主要用于骨骼和牙等硬组织的修复，成本低且加工简单，但是耐腐蚀性差，尤其是在高应力区域，容易发生腐蚀。钴铬合金具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，且疲劳强度高，但其中包含的Co和Cr元素会对人体产生危害，大大限制了其应用。相比之下，钛及钛合金由于具有比强度高、耐磨性好、耐腐蚀性好以及生物相容性好等特点，逐渐成为了骨修复材料的首选。纯Ti及Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的骨修复钛合金，但Al和V被证实会对人体产生毒害，且其弹性模量依旧与人体骨骼不匹配，植入人体后会产生“应力屏蔽”现象，导致植入体产生松动，进而影响到其修复作用。因此，需要研制新型低模量的无毒钛合金来解决当下的问题。

目前，主要通过在纯Ti中添加Nb、Ta、Zr、Sn、Mo等无毒元素来研制新型的生物医用钛合金，可以在不损失合金强度、韧性的情况下，有效降低弹性模量。国内外研究人员已经研制出了Ti-13Nb-13Zr、Ti-5Mo-3Sn等一系列新型生物医用钛合金，不仅具有更优秀的力学性能、更低的弹性模量，而且可以避免对人体产生毒害，具有良好的生物相容性。而作为骨修复材料，硬度是一个很重要的指标。Ti-Nb合金的弹性模量较低且无毒害，且可以满足作为骨修复材料的硬度要求，是很有发展前景的骨修复材料之一。为了预防球磨过程中粉末粘罐，造成粉末成分不可控的情况，采用脆性粉末TiH₂来代替Ti粉。脆性的TiH₂粉末颗粒球磨过程中更容易磨细，粉末混合的更均匀，且不容易粘罐，可以更好的控制合金成分。粉末中的H元素会在烧结过程中脱除，不会影响最终的合金成分。 Ti合金中不同的相有不同的弹性模量，其中β相弹性模量最低，ω相最高。相关研究表明，Sn元素的加入可以有效地抑制ω相的产生。因此，制备Ti-Nb-Sn合金是一种好的选择。

然而，为了获得综合性能更加优秀的钛合金，加入了Mo、Nb、Zr等难熔元素，传统的熔铸方法容易产生成分偏析，导致制备的钛合金性能不均匀，影响实际使用。为了能将Ti-Nb-Sn合金真正的运用于骨修复材料，现在可以采用粉末冶金法来制备。不仅可以获得性能均匀的钛合金，还可以制备多孔钛合金或复合材料，可以更好的满足人体的使用需求。

Ti-Nb-Sn合金的压缩性能包括屈服强度和抗压强度，是衡量合金力学性能的重要指标。但是现有的粉末冶金制备方法得到的Ti-Nb-Sn合金的压缩性能不理想，因此需要进一步改进制备方法来得到压缩性能较好的Ti-Nb-Sn合金。

发明内容

为了解决现有的Ti-Nb-Sn合金粉末冶金制备方法得到的合金压缩性能不理想的问题，本发明提供了一种基于TiH₂的Ti-Nb-Sn骨修复合金的粉末冶金制备方法，通过其方法得到的合金的压缩性能取得了明显的提高。

其具体技术方案如下：

基于TiH₂的Ti-Nb-Sn骨修复合金的粉末冶金制备方法，其特征在于：

该方法主要包含如下步骤：