[发明专利]高氧钛轧板的制备方法

说明书

本发明公开一种高氧钛轧板的制备方法，其包括：秤粉：按照质量比99:1:200称量纯钛粉末、二氧化钛粉末和氧化铝球，分别将三种物质放入球磨罐中；混粉：将所述球磨罐装入行星式球磨机中；烧结：将混合后的粉末装入石墨套筒，将所述石墨套筒放入真空快速热压烧结炉中进行烧结，获得高氧钛试样；热处理及轧制：将高氧钛试样装入真空管式炉中进行热处理，使用铜片将热处理后的高氧钛试样包裹，并对试样进行热轧处理。根据本发明实施例制备的高氧工业纯钛材料具有较好的强度和塑性。

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，尤其涉及一种高氧钛轧板的制备方法。

背景技术

钛合金由于具有较高的比强度和特殊的蠕变和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车生产等领域。此外，由于钛合金与人体组织具有良好的相容性和钛的无毒性，也常被用于种植牙和骨骼替代等。在不同的领域选择不同的性能的钛合金是一种明智的选择。如航空航天领域要求钛合金重量轻，强度高，韧性好；而生物医学领域除要求钛合金具有一定的强韧性外，更关注材料本身对人体的危害程度与不相容程度。

钛合金现在是生物医学应用中最有吸引力的金属材料。目前，商业纯钛与Ti-6Al-4V(TC4)已经被广泛用于植入装置来替换人体失效的硬组织，如人工髋关节、人工膝关节、骨板、骨折固定螺钉和人工心脏等。然而，在以钛为基础的生物材料中，合金元素对活细胞的毒性从高到低依次为Cu、Al、Ni、Ag、V、Mn、Cr、Zr、Nb、Mo、Ta、Sn。作为永久植入材料，TC4可能因释放Al和V元素对人体产生毒性效应。因此，目前已开发出Ti-6Al-7Nb(ASTM F1295)、Ti-13Nb-13Zr(ASTM F1713)等新型医用钛合金。虽然新型材料对活细胞毒性有所降低，但大量稀有元素的加入导致这些医用钛合金价格高昂，使普通病患家庭望而却步。在高性能的钛中添加廉价无毒的化学元素制备钛合金是目前研究的重中之重。氧元素作为间隙固溶原子可以大大提高商业纯钛的强度，同时也可以大大降低材料对人体的危害性。研究表明高氧钛表现出良好的润湿性和生物相容性，可以促进活细胞的粘附、增殖、活力和分化。另外，采用轧制工艺制备的材料应用也更加广泛。然而在高氧钛制备过程中，氧元素的占比及加工工艺参数设置不当均会导致材料制备失败，因此寻找一种制备高氧钛轧板的方法十分重要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高氧钛轧板的制备方法，以解决现有的高氧钛轧板的材料力学性能较差的问题。

根据本发明实施例提出一种高氧钛轧板的制备方法，其包括：

秤粉：按照质量比99:1:200称量纯钛粉末、二氧化钛粉末和氧化铝球，分别将三种物质放入球磨罐中；

混粉：将所述球磨罐装入行星式球磨机中；

烧结：将混合后的粉末装入石墨套筒，将所述石墨套筒放入真空快速热压烧结炉中进行烧结，获得高氧钛试样；

热处理及轧制：将高氧钛试样装入真空管式炉中进行热处理，使用铜片将热处理后的高氧钛试样包裹，并对试样进行热轧处理。

其中，所述方法还包括：从所述球磨罐的充气口充入惰性气体。

其中，氧化铝球的直径为1-3mm。

其中，在混粉步骤中，行星式球磨机的转数为200r/min，混粉时间60min。

其中，在烧结步骤中，以20K/min的升温速率升至1273K以上。

其中，在热处理及轧制步骤中，热处理时间为3-8h，真空度小于10Pa；以及放入1273K的惰性气体环境的热处理炉中保温5-20min，按照下降量60-80％对试样进行热轧处理。

其中，所述方法还包括：轧后热处理及力学性能测试：轧制后的试样在真空管式炉中热处理2-4h后随炉冷却，加工为狗骨状拉伸试样，拉伸速率为5×10^-4s^-1，计算试样的强度和塑性。