[发明专利]一种新型医用钛合金铸锭的制造方法

说明书

本发明涉及生物医疗金属材料制造技术领域，尤其为一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，包括以下步骤：在真空自耗凝壳炉内放入钛棒、锆棒和铝硼稀土棒，然后根据真空自耗凝壳炉坩埚尺寸大小，确定自耗电极直径，根据坩埚熔容量确定自耗电极长度，用等离子氩气保护焊接组装电极；组焊好的自耗电极装夹在电极杆上，把耐热铸铁制造的铸锭模具放入炉中，装夹对正，然后关闭炉门，抽真空，熔炼电流和电压根据炉型大小和电极尺寸确定，保证完整熔化完整个自耗电极，然后翻转坩埚，浇铸铸锭，破真空，出炉；本发明中，在原方案主要成分的基础上，加入微量的细化晶粒元素B和稀土元素，运用独有的熔炼铸锭制造工艺，制造成分均匀，无各类偏析的优质铸锭。

技术领域

本发明涉及生物医疗金属材料制造技术领域，具体为一种新型医用钛合金铸锭的制造方法。

背景技术

钛及其合金以其与人体骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性等在临床上得到了越来越广泛的应用，最初应用于临床的钛合金主要以纯钛和Ti-6Al-4V为代表，纯钛在生理环境中具有良好的抗腐蚀性能，但其强度较低，耐磨损性能较差，限制了它在承载力较大部位的应用，目前主要用于口腔修复及承载较小部分的骨替换，Ti-6Al-4V钛合金具有较高的强度和较好的加工性能，这种合金上世纪七十年代被广泛用作外科修复材料，如髋关节膝关节等，同时在临床上也被用作股骨和胫骨替换材料.但这类合金含有Al和V两种元素，V被认为是对生物体有毒的元素，其在生物体内聚集在骨、肝、肾、脾等器官，毒性效应与磷酸盐的生化代谢有关。为了避免V元素的潜在毒性，80年代中期两种新型α＋β型医用钛合金Ti-5Al-2.5Fe和Ti-6Al-7Nb在欧洲得到了发展。这类合金的力学性能与Ti-6Al-4V相近,在此类合金中以Fe和Nb取代了毒性元素V。

近年来新型医用β型钛合金的研制主要以高Mo和高Nb元素替代V,进一步降低了钛合金的弹性模量E，使其与人体骨的弹性模量接近，，避免出现“ 应力屏蔽”现象而导致种植体周围出现骨吸收，最终引起种植体松动或断裂，造成种植失败。但是钼或铌都是难熔金属，熔炼过程中极易出现偏析，严重影响其机械性能稳定性。因此，制备高度成分均匀性的钛合金铸锭是β型医用钛合金生产的关键技术，在这种高品质铸锭基础上生产的钛合金加工材料，板、棒、线才能保证力学性能可靠和稳定。

近β型钛合金Ti-15Mo-5Zr-3Al是国外使用的医用钛合金牌号之一，该牌号以其无钒，较低的成本，较好的力学性能，较低的弹性模量，优异的冷热加工性能和焊接性能越来越受到重视，在生物医疗领域，国内目前没有使用这个牌号的记录。

国内外这类钛合金铸锭的普遍制造方法是真空自耗炉熔炼法。具体方法是：

原料为海绵钛和含钼的钼铝中间合金，海绵锆；在挤压机上挤压自耗电极，经过3次以上真空自耗熔炼，制成铸锭。由于此方法受真空自耗炉本身特点限制，熔池大小和高度有限，合金成分只能是一定区域内均匀，整体钛合金铸锭化学成分偏析程度受挤压自耗电极时人为布料均匀性影响非常大，所以国内对于较高合金含量的这类β型钛合金熔炼铸锭成分偏析问题一直没有根本性突破，因此，针对上述问题提出一种新型医用钛合金铸锭的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型医用钛合金铸锭的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：原料准备：在真空自耗凝壳炉内放入钛棒、锆棒和铝硼稀土棒，然后根据真空自耗凝壳炉坩埚尺寸大小，确定自耗电极直径，根据坩埚熔容量确定自耗电极长度，用等离子氩气保护焊接组装电极；