[发明专利]一种低弹性模量Ti6Al4V合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低弹性模量Ti6Al4V合金及其制备方法和应用，所述Ti6Al4V合金按质量百分比计，组成如下：Al：5.5～6.2wt.％；V：3.8～4.5wt.％；Fe：0.16～0.22wt.％；Y：0.01～0.1wt.％；Ti为余量。所述制备方法为，将Ti6Al4V钛合金铸锭热煅、热拉拔、双重退火热处理，机加工即获得低弹性模量Ti6Al4V合金。所述Ti6Al4V合金的弹性模量为80～90GPa。本发明通过合金成份与工艺的相互协同，使得β相含量增加，从而降低Ti6Al4V合金弹性模量。

技术领域

本发明公开了一种低弹性模量Ti6Al4V合金及其制备方法和应用于医用超声刀，属于钛合金材料制备领域。

背景技术

随着医疗技术水平的不断提升，手术创伤小、疼痛轻、术后恢复快成了外科手术发展的趋势。微创手术利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行手术，在现有的技术水平上最大程度体贴病人，实现了手术创伤小、疼痛轻、术后恢复快的目的，极大程度减少了疾病带给患者及其家属的不便于痛苦。

超声刀作为一种微创手术常用器械具有精度高、出血少、无灼伤、术后恢复快等特点。在使用时，超声刀刀头的温度低于80℃，周围传播距离小于5微米，极少产生烟雾、焦痂，无电火花，对机体无电生理干扰。与普通手术常用的电刀比较，超声刀具有切割精确、止血牢固、可控性强等优点，其安全性与有效性更胜一筹，减少了并发症的发生概率，因此更具先进性。因此，在现代外科手术中超声刀已经开始逐渐取代电刀，成为微创手术发展的趋势。

目前医用超声刀杆最为常用的材料为Ti6Al4V合金。Ti6Al4V是典型的(α+β)双相钛合金。Ti6Al4V合金具有强度高、比重小、生物相容性好和优良的综合力学性能等特点，因此而广泛应用于航天航空、航海、军用装备和医疗器械等顶尖科学领域。在超声刀外科手术中，切割是其主要的功能之一。手术时超声刀通过特殊的转换装置将电能转化为机械能产生高频率的超声震荡，以此来使所接触的组织细胞内的水气化，蛋白氢键断裂，从而达到切割的目的。相关研究表明，对不同的组织进行切割所要求的最低振幅是不同的，提高超声刀的振幅可以有效提高超声刀工作效率和应用范围。刀杆材料的弹性模量是影响超声刀振幅的主要因素之一，但Ti6Al4V合金较β型钛合金的弹性模量较高，而高的弹性模量会导致医用超声刀杆的能量传递效率降低、振幅下降、合金内应力增大等问题，这使得医用超声刀杆的疲劳寿命下降、易发生断裂。降低Ti6Al4V合金的弹性模量有利于提高超声刀杆的能量传递效率、提高振幅、减少合金的内应力，使超声刀杆的疲劳寿命增加、适用范围扩大。

因此，制备一种力学性能满足超声刀使用需求同时弹性模量较低医用超声刀Ti6Al4V合金成为了当前医用超声刀Ti6Al4V合金领域亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种低弹性模量Ti6Al4V合金及其制备方法和应用，将其应用作为超声刀杆，可降低使用时刀杆断裂的可能性，为手术的安全、顺利进行提供了有力保障。

本发明一种低弹性模量Ti6Al4V合金，所述Ti6Al4V合金按质量百分比计，组成如下：

Al：5.5～6.2wt.％；

V：3.8～4.5wt.％；

Fe：0.16～0.22wt.％；

Y：0.01～0.1wt.％；

Ti为余量。

其它杂质元素含量均低于相应国家标准水平。

优选的方案，所述Ti6Al4V合金按质量百分比计，组成如下：

Al：5.54～6.2wt.％；

V：4.44～4.5wt.％；

Fe：0.16～0.22wt.％；