[发明专利]一种钛镍基合金材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及形状记忆合金技术领域，尤其涉及一种钛镍基合金材料及其制备方法与应用。该钛镍基合金材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：钛43～46份、镍45.3～48.5份、铜5～10份、铌0.1～0.3份。通过将钛、镍、铜、铌进行预合金化熔炼除杂后制成合金棒；然后将合金棒放入气雾化制粉炉获得钛镍铜铌合金粉末，再使用金属3D打印机制备成医疗植入构件。本发明与传统的钛镍合金相比，所制备构件具有与人骨更为相近的弹性模量，更适于作为制备医疗植入构件，并且通过添加铜元素和铌元素能够明显降低合金相变温度对成分变化的强敏感性。

技术领域

本发明涉及形状记忆合金技术领域，尤其涉及一种钛镍基合金材料及其制备方法与应用。

背景技术

具有形状记忆效应和超弹性的合金被人们称为形状记忆合金(Shape MemoryAlloy，SMA)，形状记忆合金因具有可贵的记忆原始形状的性能受到了国内外学者的广泛研究。目前开发出的具有形状记忆效应的合金体系中，TiNi基合金因具有高耐磨性、耐腐蚀性、高阻尼性能、良好的机械性能和生物相容性，是一种兼具结构和功能性的优质材料。

然而，传统的钛镍形状记忆合金的制备工艺存在一定的缺陷，如记忆合金的传统制备工艺成本较高，不利于大规模推广应用；熔炼铸造工艺在熔炼过程中会不可避免的融入C、N、O等杂质元素，影响记忆合金的性能；并且，制备的钛镍形状记忆合金还具有可加工性能差的缺陷。

此外，TiNi合金中马氏体相变温度对Ni元素含量变化十分敏感，在近等原子比TiNi合金中，当Ni元素增加0.1％时，相变温度降低约10K。在调整TiNi合金中Ni、Ti含量时，必须要考虑这一影响因素。

因此，如何提供一种对Ni含量低敏感性的钛镍基合金材料，以及解决传统的钛镍合金材料制备工艺存在的缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛镍基合金材料及其制备方法与应用，以解决现有技术存在的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛镍基合金材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：

钛43～46份、镍45.3～48.5份、铜5～10份、铌0.1～0.3份。

优选的，所述的一种钛镍基合金材料，由包括以下重量份数的原料制备得到：

钛42～45份、镍45.5～48份、铜6～9份、铌0.15～0.25份。

本发明还提供了一种上述钛镍基合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钛、镍、铜、铌原料放入氧化钙坩埚进行预合金化熔炼除杂后制成合金棒；

(2)将合金棒放入气雾化制粉炉获得钛镍铜铌合金粉末。

优选的，所述步骤(1)制备的合金棒的尺寸为φ40～60mm×350mm。

优选的，所述预合金化熔炼除杂是在真空中频感应熔炼炉中进行，真空中频感应熔炼炉的电压为200～500V，电流为200～300A；待钛、镍、铜、铌完全熔化后，抽真空，保持压力≤2Pa，再精炼30～60min，浇筑于模具内，浇筑完成后向真空中频感应炉内充氩气至压力为0.07～0.09MPa，冷却50～60min后出炉。

优选的，所述步骤(2)将合金棒放入气雾化制粉炉后先使用氩气置换2～4次，雾化压力为2～5MPa，给料速度为40～70mm/min，熔炼功率为20～30kW。

优选的，所述步骤(1)或(2)使用的氩气纯度均≥99.999％。

本发明还提供了一种上述钛镍基合金材料的应用方法，所述钛镍基合金材料在制备医疗植入构件中的应用。