[发明专利]一种抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材及其制备方法

说明书

本发明提供了一种抗菌等轴纳米晶Ti‑Cu棒、丝材及其制备方法，所述钛合金的化学成分如下(重量％)：Cu：3～7；Ti余量。所述钛合金棒材、丝材的制备方法为：真空自耗炉熔炼获得原材料铸锭；铸锭修磨后经过1000℃以上开坯锻造、精锻加工成棒坯；棒坯在800℃‑1000℃保温一段时间后快速冷却，棒材获得超细纳米板条组织；淬火后，棒坯在温度700℃～800℃下进行热轧，热轧累计变形量大于等于95％，获得超细纳米板条组织棒材；热轧后，棒材在600℃～700℃，拉拔速度1～3m/min下拉拔，加工后获得的棒材、丝材组织为等轴晶粒，尺寸小于500nm，且在550℃及以下时效3h以内晶粒不发生粗化长大。

技术领域

本发明涉及钛合金加工制备领域，具体为一种抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材及其制备方法。

背景技术

钛合金是一种生物安全性优异的金属，其密度较低、弹性模量与人体骨骼接近、具有较高的强度，因此钛及其合金广泛地应用在医疗卫生领域，尤其是口腔和骨科修复领域，例如托槽、带环、矫治弓丝、支抗用种植体、人工关节(骻、膝、肩、踝、肘、腕、指关节等)、骨创伤产品(髓内钉、钢板、螺钉等)、脊柱矫形内固定系统等。

钛合金应用在医疗领域已经近70年，各种钛合金牌号层出不穷，更新迭代，已经逐渐不能跟上人们对更高医疗品质的需要，现有钛合金的缺点与人们的需求间的矛盾愈发凸显。首先，钛合金生物相容性良好，不会对人体造成损害，但其同时也给有害微生物的生长提供了无害的环境。随着医用钛合金广泛应用，术后感染这一严重的并发症也成为越来越受人们关注并亟待解决的问题。其次，医用钛合金的另一个优点是密度低，弹性模量与人体接近，但作为承力型植入体使用时，例如人工髋关节的关节炳，经常出现断裂失效而引发的植入失败，给患者带来极大的痛苦，造成了沉重的精神与经济负担。故实现植入材料更轻、更强、更健康将成为新的、更加贴合实际与未来需要的重要命题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材及其制备方法，该钛合金棒、丝材组织细密稳定。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材，其化学成分为(重量百分比)：Cu：3～7(优选为4.5～5.5)、Ti余量。

本发明所述高强度抗菌钛合金棒材、丝材制备过程为：

步骤一：采用真空自耗炉熔炼多次，获得原材料铸锭。铸锭修磨后经过1000℃以上开坯锻造、精锻加工成棒坯；

步骤二：棒坯在800℃-1000℃保温，保温时间t＝(2.5-3.5)Dmin，其中，D为试样的有效厚度(单位为毫米mm)；

步骤三：棒坯保温结束后快速冷却，冷却速率ΔT/t范围在150～350℃/s之间。棒坯获得超细纳米板条组织；

步骤四：上述超细纳米板条组织棒坯在温度700℃～800℃下进行热轧，热轧累计变形量大于等于95％，获得超细纳米板条组织棒材；

步骤五：上述超细纳米板条组织棒材在600℃～700℃下，拉拔速度1～3m/min拉拔至目标直径的棒、丝材。

本发明所述抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材的显微组织与性能如下：

(1)本发明所述抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒、丝材组织为等轴晶粒，尺寸小于500nm，且在550℃及以下时效3h以内，晶粒不发生粗化长大。

(2)当铜含量在优选范围内时，本发明所述抗菌等轴纳米晶Ti-Cu棒材(直径＞7毫米)的抗拉强度达到700-800MPa，延伸率高于15％；抗菌等轴纳米晶Ti-Cu丝材(1-7毫米)的抗拉强度达到800-900MPa，延伸率高于10％。

本发明的有益效果是：