[发明专利]一种高强低模生物医用锆合金及其制备方法

权利要求书

1.一种高强低模生物医用锆合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)合金成分设计：通过控制各元素的含量，利用合金化，Nb和Ti元素与Zr形成无限固溶体，从而实现固溶强化，提高锆合金的强度，同时Ta元素具有高生物相容性，作为人体植入材料，另外Nb、Ti、Ta均为β相稳定元素，用于将高温β相保留至室温，降低合金弹性模量，提高合金的耐腐蚀性和塑性，依据锆合金二元相图，确定高强低模生物医用锆合金的成分组成为Zr 77.5at.％，Nb 10at.％，Ti 10at.％，Ta 2.5at.％，按照成分组成以海绵锆、海绵钛、铌块、钽丝为原材料配制合金组分；

(2)合金熔炼：把Zr、Nb、Ti、Ta各元素按步骤(1)含量进行配比，采用水冷铜坩埚非自耗真空电弧炉对合金进行熔炼，熔炼结束后，采用坩埚底部通循环冷却水的方式进行冷却，制备合金棒材；

(3)雾化制粉：采用旋转电极感应气雾化设备对合金棒材进行雾化，制备锆合金粉末并进行筛分处理，获得适用于增材制造成形的颗粒尺寸范围的球形粉末；

(4)增材制造成形：采用选区激光熔化设备进行增材制造成形，得到医用锆合金；关键成型工艺参数激光功率：180-250W，扫描速度为：600-1100mm/s，扫描间距0.06-0.11mm，扫描层厚0.3mm，成型过程氧含量控制在400-600ppm；

(5)热处理：将选区激光熔化成形Zr-10Nb-10Ti-2.5Ta锆合金在500-700℃下保温1～4h，得到高强低模生物医用锆合金。

2.根据权利要求1所述的高强低模生物医用锆合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中炉内真空度为2×10^-2～4×10^-2Pa；通入氩气的气压控制在一个标准大气压；熔炼时电流为320～380A，整个熔炼时间保持在600～840s，为保证成分混合均匀，需要将铸锭翻转重熔5次，得到成分均匀的Zr-Nb-Ti-Ta系合金。

3.根据权利要求1所述的高强低模生物医用锆合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中雾化喷嘴压力为4.5～5.5MPa，棒料自转速度为13cm/min，雾化过程感应线圈熔炼电流为88～98A。

4.根据权利要求1所述的高强低模生物医用锆合金的制备方法，其特征在于：步骤(4)中SLM选区激光熔化增材制造成形的粉末尺寸为20～90μm。

5.根据权利要求1所述的高强低模生物医用锆合金的制备方法，其特征在于：步骤(5)中保温温度前的升温速度为5℃/min。

6.一种高强低模生物医用锆合金，其特征在于：其由权利要求1-5任一项所述的制备方法制得，所得的高强低模生物医用锆合金的组织特征为：以柱状晶和等轴晶的β-Zr为基体，通过热处理工艺，析出ω相，达到增强拉伸强度的目的。

7.一种权利要求6所述的高强低模生物医用锆合金在人体植入物制备中的应用。

8.根据权利要求7所述的高强低模生物医用锆合金在人体植入物制备中的应用，其特征在于：所述的人体植入物包括人造关节、髋关节、义齿、头颅骨植入物。