[发明专利]一种提高金属材料弹性变形能力的磁处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及高弹性变形能力金属材料的制备技术领域，主要是通过一种静磁场处理方法来提高金属材料的弹性变形能力。

背景技术

近几十年来，许多的金属材料因为具有较高的机械强度、弹性和良好的加工性能，被广泛地应用于生物医学领域，例如在修复和替代骨组织方面起着非常重要的作用，现有的能够应用于医学领域的金属生物材料有不锈钢、镍钴铬合金、钛合金和镁合金等，但是这些金属生物材料的弹性模量普遍较大，与骨弹性模量的10～20GPa和牙本质弹性模量的0～15GPa相比，普遍偏大，与骨不能良好的匹配而造成应力遮挡效应，使骨的生长和重塑得不到应有的刺激和强化，使骨骼强度降低，愈合迟缓，因此，急待研究一种一定范围内降低金属生物材料弹性模量的处理方法，使得金属材料的生物相容性得到提高，更好地与人体骨骼相匹配。

从现有的技术来看，金属材料的弹性模量主要与其本身的化学成分有关，目前改变金属材料弹性模量的方法多数是通过热处理、合金化等影响金属的键合强度来实现的；经文献检索发现：现有提高金属材料的弹性变形能力（减小弹性模量）的专利有：中国专利：一种低弹性模量的铸造钛合金CN200910248863.X，采用常用的铸造或锻造的方法来改变合金本身的化学成分，使钛合金的弹性模量减小；中国专利：TiO₂纳米复合强化低弹性模量钛合金的制备方法CN201410838700.8，通过钛合金表面构型设计,控制外加纳米级TiO₂粒子的分布,结合搅拌摩擦表面处理技术对低弹性模量Ti35Nb3Zr2Ta(wt％)钛合金进行强塑性表面改性,来制备新型TiO₂纳米复合强化低弹性模量医用钛合金；中国专利CN200510027155.5，主要提供一种纳米化降低钛和钛合金弹性模量的方法；中国专利：一种低弹性模量高强度钛合金及其制备方法CN201110432126.2，采用真空自耗/非自耗电弧炉熔炼成Ti-Nb-Zr(Hf)铸锭,将铸锭进行均匀化处理后开坯锻造,然后进行中间锻造,逐渐从1000℃降温至900℃,锻成中间板坯,板坯进行固溶处理,冷却,获得具有一定比例斜方马氏体相和残余β相的组织；冷轧,变形量大于60％,获得弹性模量为50～60GPa,室温下轧制方向抗拉强度超过850MPa，延伸率6～15％的低弹模高强钛合金板材，该方法对降低材料的弹性模量具有一定的局限性；中国专利 CN201410036212.5，主要提供一种不同的热处理来降低钛合金弹性模量的方法，而且其方法仅限于亚稳β钛合金，对其他金属材料同样有局限性，以上几种降低金属材料弹性模量的方法的研究对象都是钛合金，现有文献对其他种类金属、合金及其复合材料弹性模量参数的研究较少；本发明提供一种降低多种金属材料弹性模量的方法，意在提高金属材料的弹性变形能力。

弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来看，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是反映了原子、离子或分子之间的键合强度，凡是影响键合强度的因素均可以影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等，由此想到，如果找到一种新方法能够改变金属材料的晶体结构，通过影响键合强度来降低材料的弹性模量，则有望达到提高金属材料弹性变形能力的目的，本发明以强静磁场作为材料改性方法，将金属晶体置于强静磁场中处理一定时间，起到了改变晶体微观结构状态和键合强度的作用，有助于降低材料弹性模量、提高材料弹性变形能力。

本发明利用强静磁场对试样进行一定参数下的处理，促使金属材料微观结构发生变化，针对利用强静磁场降低金属材料的弹性模量的研究方法，文献检索表明目前未见相关报道，发明开辟了一条提高金属材料弹性变形能力的可行性途径，与其他降低弹性模量的方法相比，具有成本低、效率高、通用性好的优势，“成本低”是指不需要改变材料的成分和温度状态等，“效率高”体现在磁场短时处理就可达到作用效果，弹性模量降低幅度20~30%，弹性变形能力提高，“通用性好”是指该方法可适用于常规的金属材料，比如铝、镁和钛合金等。

发明内容

本发明主要内容是在室温条件下，对金属材料进行静磁场一定时间内的持续处理，引发材料微观结构发生变化，主要表现为原子间结合键能降低，磁场处理后的材料弹性模量减小，弹性变形能力提高，是一种提高金属材料弹性变形能力的新方法。

本方明的目的是通过以下技术方案来实现的：