[发明专利]一种粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的方法。

背景技术

钛及其钛合金具有低密度、高比强度、良好的高温强度、卓越的耐腐蚀性等优异性能，广泛应用于汽车、生物工程和航空航天等领域。但是，钛及其合金的机加工性能差，硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削，成为大量生产复杂形状零件的障碍，因而用粉末冶金法生产钛部件备受注目。

钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4V ELI合金，但会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4V ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水平，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。

β型钛合金是近年来钛合金重点研究领域，日本TKK公司采用Ti粉与39Al-26V-17.5Fe-17.5Mo中间合金粉，通过混料、模压以及真空烧结制备了SP-700钛合金，Ti-15Mo-3Nb是美国TIMET公司在Ti-15Mo-3Nb-3Al基础上发展的一种新型低弹性模量、高强度和具有更好抗腐蚀性能的一种亚稳定β型生物钛合金，Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金是一类特殊的β型钛合金，中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室工程合金研究部杨锐、郝玉琳等专家采用熔铸法研制成功并已在临床试用，此方法对实验材料，实验环境等要求比较高，而采用粉末冶金法制备Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金因其制备工艺简单，成本低，近年来已成为钛基复合材料研究领域的热点之一。

粉末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。

粉末冶金新技术不同于传统烧结方法的特点： 

（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。 　　

（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。 

（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。

（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

（5）可以实现近净形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。但现有的粉末冶金技术还存在着烧结温度较高，烧结时间较长，所制得的Ti-Nb-Zr-Sn合金杂质较多，在微观观察下晶粒尺寸不均匀，且空隙较多等缺陷。

发明内容

为解决现有Ti-Nb-Zr-Sn合金制备方法存在的上述技术问题，本发明提供一种粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的方法，本发明所提供的制备方法具有烧结温度低、烧结时间短的优点，所得产物致密度高、晶粒尺寸较细小均匀，杂质少。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：a.将TiH₂粉、Nb粉、Zr粉及Sn粉按质量比TiH₂：Nb：Zr：Sn=66.1：24：4：7.9配置；b.将配置好的粉末干混5 小时；c.将干混后的粉末在万能材料试验机中压制成形，其中压制压力为350 Mpa，保压时间为7～8 s；d.将压制成形的试样在真空烧结炉中烧结。