[发明专利]一种齿科用粉末冶金Ti-Zr合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种齿科用粉末冶金Ti‑Zr合金及其制备方法，所述制备方法，包括如下步骤：按设计比例配取钛粉、锆粉混合获得钛锆复合粉末，将钛锆复合粉末进行烧结，获得α'马氏体相魏氏组织结构的烧结体，再将烧结体于600℃～1000℃进行热变形，获得Ti‑Zr合金板材或Ti‑Zr合金棒材，所述Ti‑Zr合金板材或Ti‑Zr合金棒材中，按质量比计钛：锆＝85～95：5～15；本发明先通过粉末冶金的制备方法，制备获得α'马氏体相魏氏组织结构的烧结体，然后通过在中温条件下热变形，在不破坏α'马氏体组织结构的前提下，使魏氏组织拉长变形，最终形成纤维状的异质结构，从而同步提高Ti‑Zr合金材料的强度与塑性。该方法工序简单、流程短、产品性能稳定，有利于工业化生产和齿科的临床应用。

技术领域

本发明属于齿科医用Ti基材料制备技术领域，具体涉及一种齿科用粉末冶金Ti-Zr合金及其制备方法。

背景技术

生物材料指的是可植入人体的结构材料，处于材料科学与生物医学的交叉领域，通常会应用于骨科和齿科的植入体及临床应用。齿科材料作为一种医用生物硬材料，与工业用材料不同，其特点是用量小、规格多、要求严。

相对于早期的金合金、钴铬合金和镍铬合金，纯钛及钛合金以其优良的生物安全性、较好的耐腐蚀性以及较高的力学性能，广泛应用于生物医用材料，尤其是齿科植入体的领域。最初，纯钛只用于制作骨科和齿科修复用材料及承载受力小的部位，例如用于制做冠桥,而用于做齿科种植体等则略显不足。纯钛抗腐蚀性能较好，但刚度、强度、耐磨损性较差，因此不能应用于较大部位的承载。为此，人们在纯钛中参入其它元素形成钛合金以期提高其力学性能。20世纪70年代后期，应用于航天材料的TC4(Ti-6A1-4V)以其较高的强度、塑性和可加工性能，在外科修复用材料上得到了广泛应用。但随后，在临床应用中发现Ti-6Al-4V中Al和V对人体具有毒性，不适合长期作为植入体。

元素Zr属于对人体无毒副作用的生命族元素。Ti-Zr合金作为一种新型齿科医用Ti合金，不仅无毒且不引起过敏，对人体无毒副作用，而且具有较高的强度、耐磨性与生物相容性，可作为齿科生物医用材料。Bernhard等人制备了可用于临床医学的二元Ti-Zr合金(Institute Straumann AG，巴塞尔，瑞士)，其中Zr含量在13～17Zr(wt.％)。Medvedev将其用于齿科植入物，在这项工作中，Ti～15Zr(wt.％)的抗拉强度值为968MPa，比cp-Ti植入物的最低要求高约40％。但屈服强度低于800MPa，且均匀延伸率仅为6％。

Zr固溶体不仅可以导致固溶强化增强Ti合金的强度，其固溶行为对Ti合金的微观结构也有影响。有研究发现，随着Zr溶质含量的增加，α-Ti合金的晶粒也会细化。然而通过粉末冶金的方法，降温时在α'马氏体转变过程中会形成魏氏组织结构，引起Zr元素的偏析。因此，当Ti-Zr合金有强度达到900MPa，延伸率不足6％。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种齿科用粉末冶金Ti-Zr合金的制备方法，该制备方法简单可控。

本发明的第二个目的在于提供一种兼具高强度、高塑性的齿科用粉末冶金Ti-Zr合金。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明一种齿科用粉末冶金Ti-Zr合金的制备方法，包括如下步骤：按设计比例配取钛粉、锆粉混合获得钛锆复合粉末，将钛锆复合粉末进行烧结，获得α'马氏体相魏氏组织结构的烧结体，再将烧结体于600℃～1000℃进行热变形，获得Ti-Zr合金板材或Ti-Zr合金棒材，所述Ti-Zr合金板材或Ti-Zr合金棒材中，按质量比计，钛：锆＝85～95：5～15。