[发明专利]一种高铌含量钛合金材料的熔炼方法

说明书

本发明涉及一种高铌含量钛合金材料的熔炼方法，包括以下步骤：将具有高铌含量的钛合金按其除铌元素外的成分进行配料，并在液压机上压制成电极后与铌板条进行捆扎或焊接，再将组合后的电极依次采用真空自耗电弧炉、壳式炉、真空自耗电弧炉进行三次熔炼，最终得到成分均匀的高铌含量钛合金铸锭。本发明在熔炼前的电极制备过程中，采用铌板条捆绑焊接自耗电极的方式加入铌合金元素，以及，采用一次真空壳式炉熔炼的方式，可有效避免传统方式中铌元素全部以Ti‑Nb中间合金方式添加，而导致中间合金与海绵钛占比过大，最终压制的自耗电极强度不够，在熔炼过程中很容易使中间合金洒落或掉块，以及形成高熔点金属的夹杂、偏析或者熔炼不均匀的情况。

技术领域

本发明涉及一种高铌含量钛合金材料的熔炼方法，属于钛合金材料制备技术领域。

背景技术

与不锈钢和钴铬钼合金等传统的医用金属材料相比，钛及钛合金以其良好的综合力学性能、耐蚀性以及优异的生物相容性，逐渐成为矫形外科、种植以及口腔修复等医学领域的首选材料。近年来，随着生物医用钛及钛合金的不断发展，开发研究含无毒元素、生物相容性更好、弹性模量更低的高强度新型医用钛合金，以满足临床对植入体的要求，成为第三代生物医用钛合金材料的主要研制目标。

90年代初期，美国和日本开始选用Nb，Ta，Zr，Mo和Sn等无毒元素替代V和A1，开发了一系列无毒性、低弹性模量医用β型钛合金。美国开发的合金主要有：Ti-13Nb-13Zr、Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)、Ti-15Mo及Ti-35Nb-5Ta-7Zr(TNTZ)等。日本开发的合金主要有：Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr、Ti-15Zr-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd等。相对于第一代和第二代医用钛合金，这类新型β型钛合金的耐腐蚀性能和生物相容性得到了明显的提高，而且弹性模量下降了30～50GPa，大概在55～85GPa范围内。我国从2001-2005年期间开始，研制β型生物钛合金，其中最具有代表性的是中科院金属所设计开发的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn(Ti2448)和西北有色金属研究院开发的Ti-(15～25)Nb-(3)Mo-(3～5)Zr(TLE)和Ti-(15～25)Nb-(3～6)Mo-(3～5)Zr-(1～2)Sn(TLM)β型钛合金。TLM和TLE合金的强度在580～1000MPa，弹性模量在50～90GPa之间。Ti2448合金弹性模量较低，弹性好，较适合制作弹性骨板和动态固定器。研究开发一种模量可调、强度高、具有多功能用途的新型β型钛合金生物医用材料及配套加工技术，已成为未来医用钛合金发展的一个重要方向。从以上生物医用钛合金发展进程可知，新一代生物医用钛合金多以添加高铌元素含量进行设计。针对这类高铌含量钛合金，在其工业铸锭的真空自耗电弧熔炼过程中，以重量百分比计，当钛合金中添加Nb元素含量达到10％～40％时，该合金熔炼所需添加的Ti-Nb中间合金及部分Ti-Mo、Ti-Sn中间合金配料超过60％以上，这样会造成海绵钛添加量少，而中间合金添加量多的情况，导致最终压制的自耗电极强度不够，在熔炼过程中很容易使中间合金洒落或掉块，导致高熔点金属的夹杂、偏析或者熔炼不均匀的情况，严重影响到钛合金铸锭冶金质量。

发明内容

本发明的目的在于避免和克服以上熔炼过程中的隐患和问题，提供一种适用于高铌含量钛合金材料的熔炼方法，从而有效降低真空自耗电弧炉熔炼高铌含量钛合金的困难，进一步提高高铌含量钛合金铸锭成分的均匀性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

本发明提出的熔炼方法是，先将具有高铌含量的某种钛合金按其除铌元素外的成分进行配料，并在液压机上压制成电极后与铌板条进行捆扎或焊接，再将组合后的电极放入真空自耗电弧炉及真空壳式炉进行多次真空自耗电弧熔炼，最终得到成分均匀的高铌含量钛合金铸锭。

进一步的，上述高铌含量钛合金的熔炼方法，具体包括以下步骤：

步骤一：配料、压制