[发明专利]一种制备Ti-6Al-7Nb医用钛合金球形粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，特别涉及一种制备Ti-6Al-7Nb医用钛合金球形粉末的方法。

背景技术

Ti-6Al-7Nb合金由瑞士Sulzer医学技术公司于20世纪80年代研制，随后发布第一个通用标准Sn-056512，并与英国IMI钛公司共同推进批量化生产及应用，牌号为IMI367，2001年时全球医疗领域总用量已超过200吨。1987年，美国食品药品管理局（FDA）批准了美国材料与试验学会颁布的Ti-6Al-7Nb合金标准ASTMF1295-01；国际标准化委员会也于1994年颁布相应标准ISO5832-11-1994，我国于同年提出研制Ti-6Al-7Nb合金的课题，并于随后颁布GB/T23102外科用植入物标准。

Ti-6Al-7Nb合金属于α+β双相钛合金，采用对人体无毒无害的Nb元素代替了对人体有害的V元素，该合金在力学性能、耐腐蚀性以及生物相容性上明显优于常用的医疗Ti-6Al-4V合金，现已得到了世界医学界的认可。Ti-6Al-7Nb合金不仅在骨科领域逐渐得到广泛的应用，而且在齿科领域也得到青睐。Ti-6Al-7Nb合金强度较高易于获得不亚于Co-Cr合金的金属牙床抛光面，并且耐磨性能优异，每天咬合约2000次，表面仍能始终保持光滑状态。Ti-6Al-7Nb合金。总之，Ti-6Al-7Nb合金不含V、Ni、Cr、Co等细胞毒性元素，使得其在生物相容性方面具有得天独厚的优势，在医疗领域具有广阔的应用前景和市场价值。

近年来，随着激光3D打印技术、电子束3D打印技术等金属增材制备技术和定制化医疗植入物的迅猛发展，医用高品质球形合金粉末的需求量逐年上升。目前，Ti-6Al-7Nb合金球形粉末的生产方法主要有惰性气体雾化法、射频等离子体粉末球化处理法和等离子雾化法等，但是这些方法均不能同时有效解决粉末高流速、高纯净度、无卫星粉、无空心粉等问题，并且生产成本巨大，难以应用到规模化生产。

因此，为解决超纯净、高品质Ti-6Al-7Nb合金球形粉末的大规模、低成本生产问题，本发明提出了一种制备Ti-6Al-7Nb医用钛合金球形粉末的方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种制备Ti-6Al-7Nb医用钛合金球形粉末的方法，解决上述Ti-6Al-7Nb合金球形粉末制备技术存在的缺点，具有流动性好、纯净度高、粒径细小、球形度高的特点，可满足3D打印用医疗金属植入物的市场需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种制备Ti-6Al-7Nb医用钛合金球形粉末的方法，包括如下步骤：

1）按照标准ASTMF1295合金所需成分配料，得到熔铸原料，依次进行真空感应熔炼和真空电弧重熔熔炼，得到Ti-6Al-7Nb母合金锭；

2）将步骤1）Ti-6Al-7Nb母合金锭锻造得到合金棒材，经车床和精密数控车床的机械加工，得到符合等离子旋转电极法要求的Ti-6Al-7Nb合金电极棒；

3）将Ti-6Al-7Nb合金电极棒置于雾化设备内，对整套制粉设备进行预抽真空，并充入惰性保护气体；

4）开启雾化设备，利用等离子火炬Ti-6Al-7Nb合金电极棒端面进行加热熔化，在雾化设备内进行离心雾化制粉；

5）通过粉末收集装置收集超纯净Ti-6Al-7Nb合金球形粉末，粉末粒度在15-300μm之间，待粉末完全冷却后，静电去夹杂，筛分并真空包装。

步骤1)中，所述母合金各元素重量百分比为：Al5.50-6.50，Nb6.50-7.50，Ta≤0.50，Fe≤0.25，O≤0.20，C≤0.08，N≤0.05，H≤0.009，其余为Ti。

步骤2)中，所述锻态电极棒的致密度大于99%，无明显疏松、缩孔等铸造缺陷，直径为10-90mm，长度为100-900mm，表面粗糙度Ra不大于3.2μm。

步骤3)中，所述预抽真空处理包括采用各类泵体进行抽真空，待设备真空度达到1×10^-3Pa-10×10^-3Pa时，充入氩气和氦气组成的混合惰性保护气体，设备内的压力为0.1×10⁵-3×10⁵Pa，气氛氧含量的质量百分数小于0.01%。