[发明专利]一种钛钼铌合金及其制备方法

说明书

本发明涉及一种新型钛钼铌合金，所述钛钼铌合金的成分为：钼20～45wt％，铌5～30wt％，其余为钛。所述钛钼铌合金的组织为β‑Ti，压缩强度为1850‑2000MPa，塑性变形10‑15％，压缩弹性模量为22‑32GPa。本发明钛钼铌合金的制备方法是用氢化钛粉、钼粉和铌粉为原料，包括混合、冷等静压成形、真空烧结和热处理等步骤。本发明添加铌元素，在保持较高强度的同时明显提高塑性，同时对中子吸收更低。本发明使用氢化钛粉以及通过固溶和淬火处理得到全部β‑Ti相的显微组织，使中子衍射实验下完全没有特征衍射峰出现。采用氢化钛粉代替了钛粉，降低成本。通过锻造处理，得到强度和塑性都很高的钛钼铌合金。本发明钛钼铌合金可应用于中子衍射相关领域，也可应用于医疗领域。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种用于中子衍射领域的钛钼铌合金中子透明材料，尤其涉及一种通过粉末冶金工艺制备所述钛钼铌合金的方法，获得在中子衍射实验中无特征衍射峰的钛钼铌合金；另外由于其低弹性模量的特征，亦可用作生物植入材料。

背景技术

高压作为一个极端条件，会引发众多常压条件下无法产生的物理化学现象，这是新材料的研究与制备的重要源泉，可以发展新材料、探索新现象、发展新理论。中子衍射通常指德布罗意波长为约1埃左右的中子(热中子)通过晶态物质时发生的布拉格衍射，比X射线衍射有着更强的穿透性和磁矩。目前，中子衍射方法是研究物质结构的重要手段之一。

高压条件下的中子衍射实验把材料结构、行为等的研究推向新的高度，是在复杂化合物的结构和动力学研究中的强有力的手段。高压原位中子衍射实验可以提供独特的材料表征手段，用以研究结构相变、高压状态方程、强度及弹性模量、织构等。目前，高压中子衍射技术的发展使得材料科学在晶体结构、点阵动力学、织构等研究中取得了许多令人瞩目的成果。

对中子没有散射的材料称为中子透明材料，即中子束可以完全透过该材料。只有散射的共格部分对衍射有贡献，由于散射还有非共格的部分，这种中子透明材料对中子并不是完全透明的，会有一些均匀的吸收背景，但不会有衍射花纹出现。

目前，科学界广泛使用的中子透明材料为美国于1956年提出的Ti-Zr合金材料，研究表明将Ti-Zr合金作为高压中子衍射的封垫在高压下强度太低，不能支持高压力，在高压下情况下，厚度变得很薄，能够容纳样品的数量很少，给中子衍射带来困难，且Ti-Zr合金附着力强，易附着在金刚石台面上，极不易清理，甚至造成金刚石压砧的破坏。中国专利ZL201510998659.5设计了一种新型的钼钛合金，具有比Ti-Zr合金高的强度，能够提高高压腔体的压力，增多高压实验样品数量；并且对金刚石的粘附很低，高压实验后容易清洁金刚石压砧，能够延长金刚石压砧的使用寿命，降低高压实验的成本。但单纯的钼钛合金对中子吸收稍大，并且塑性较低，限制了其在高压中子衍射领域的应用范围。

综上所述，现需研发一种新型中子透明材料，兼具有优秀的综合力学性能与中子衍射性能，不仅可以应用于样品腔封垫，亦可应用于整个高压装置。

发明内容

为克服现有中子透明材料的不足，本发明提供了一种新型钛钼铌合金中子透明材料及其制备方法。

在本发明中，首先要找到原子的中子相干散射长度值为负值的元素并搭配合适的相干散射长度值为正值的元素，使之相互抵消。并且考虑元素对中子的吸收要小，考虑到合金的强度和塑性以及组织的均一性，从而优选出元素Ti、Mo和Nb。

基于以上原理，本发明首先提供一种新型钛钼铌合金，所述钛钼铌合金的成分：钼20～45wt％，铌5～30wt％，其余为钛；所述钛钼铌合金的组织为β-Ti，压缩强度为1850-2000MPa，塑性变形10-15％，在中子衍射实验下无特征衍射峰出现，应用于中子衍射相关领域。

进一步，所述优选钛钼铌合金的成分为：钼25～35wt％，铌15～25wt％，其余为钛。

进一步，所述钛钼铌合金的压缩弹性模量为22-32GPa，与人体骨相当，可作为生物植入材料应用于医疗领域。