一種生物醫(yī)用Ti-Ni-Cu-Co四元形狀記憶合金制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)“一種生物醫(yī)用Ti-Ni-Cu-Co四元形狀記憶合金”，其特征在于該合金由Ti、Ni、Cu和Co四種元素組成，按重量百分比為：Ni：45~55%、Cu：1~10%、Co：0.1~3%，余量為鈦。該形狀記憶合金通過(guò)真空感應(yīng)熔煉而成，經(jīng)冷或熱加工及熱處理制備板、棒、絲等形式的材料，具有較低的加載平臺(tái)應(yīng)力和窄的應(yīng)力滯后，其加載平臺(tái)應(yīng)力約為300~350MPa，應(yīng)力滯后約為200~250MPa，在人體溫度下具有良好的超彈性，是一種更適合醫(yī)用的形狀記憶合金。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專(zhuān)利摘要】本專(zhuān)利技術(shù)“一種生物醫(yī)用Ti-Ni-Cu-Co四元形狀記憶合金”，其特征在于該合金由Ti、Ni、Cu和Co四種元素組成，按重量百分比為：Ni：45~55%、Cu：1~10%、Co：0.1~3%，余量為鈦。該形狀記憶合金通過(guò)真空感應(yīng)熔煉而成，經(jīng)冷或熱加工及熱處理制備板、棒、絲等形式的材料，具有較低的加載平臺(tái)應(yīng)力和窄的應(yīng)力滯后，其加載平臺(tái)應(yīng)力約為300~350MPa，應(yīng)力滯后約為200~250MPa，在人體溫度下具有良好的超彈性，是一種更適合醫(yī)用的形狀記憶合金。【專(zhuān)利說(shuō)明】—種生物醫(yī)用T1-N1-Cu-Co四元形狀記憶合金
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種具有低加載平臺(tái)應(yīng)力、窄應(yīng)力滯后和在人體溫度下超彈性能良好的鈦鎳基形狀記憶合金。具體地說(shuō)，是一種生物醫(yī)用T1-N1-Cu-Co四元形狀記憶合金。
技術(shù)介紹
鈦鎳形狀記憶合金由于具有形狀記憶效應(yīng)以及與之相關(guān)的超彈性和高阻尼特性，其應(yīng)用范圍已設(shè)計(jì)航天、航空、建筑、生物醫(yī)學(xué)及日常生活等領(lǐng)域，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用的鈦鎳二元合金主要存在加載平臺(tái)應(yīng)力大、應(yīng)力滯后大和超彈性產(chǎn)生的溫度較低等問(wèn)題。加載平臺(tái)應(yīng)力大導(dǎo)致在治療過(guò)程中需要較大的力才可以將鈦鎳合金醫(yī)療產(chǎn)品安放至所需位置。應(yīng)力滯后大使得醫(yī)療產(chǎn)品在發(fā)生超彈變形后，其回復(fù)力較小。超彈性產(chǎn)生溫度較低使得鈦鎳合金在人體溫度下超彈性能欠佳。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決鈦鎳二元合金加載平臺(tái)應(yīng)力大、應(yīng)力滯后大和超彈性產(chǎn)生的溫度較低等問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種鈦鎳基四元合金，具有較小的加載平臺(tái)應(yīng)力和應(yīng)力滯后，并且在人體溫度下超彈性能良好。 本專(zhuān)利技術(shù)合金成分設(shè)計(jì)為: 鈦鎳基四元形狀記憶合金包括Ti元素、Ni元素、Cu元素和Co元素，其中Ni元素占合金整體重量比為45~55%，Cu元素占合金整體重量比為1~10%，Co元素占合金整體重量比為 0.1~3%，其余為T(mén)i元素和不可避免的雜質(zhì)。 本專(zhuān)利技術(shù)涉及的合金制備方法，包括如下步驟:1、采用真空感應(yīng)熔煉方法獲得成分均勻的T1-N1-Cu-Co合金。 2、熔煉獲得T1-N1-Cu-Co合金鑄錠，在950~1050°C溫度范圍進(jìn)行熱加工。 3、經(jīng)上述處理的T1-N1-Cu-Co合金，在500~750°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行拉拔或軋制，獲得棒絲材或板材。 4、T1-N1-Cu-Co棒絲材或板材在350~500 °C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)效，保溫時(shí)間5?15min0 步驟I中，首先將海綿鈦、電解鎳、無(wú)氧銅和電解鈷按一定比例均勻配置成合金料，合金料壓制成電極桿，再經(jīng)真空感應(yīng)熔煉成鑄錠。 步驟I中，采用真空感應(yīng)熔煉時(shí)，在高純氬氣保護(hù)下全熔，在真空1-1Pa以下精煉制備T1-N1-Cu-Co四元形狀記憶合金。 步驟2中，所述熱加工過(guò)程包括開(kāi)坯鍛造和軋制，其變形量為70%~90%，鍛造軋制溫度 950~1050°C。 步驟3中，所述拉拔或軋制，道次變形量為10~20%。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下特點(diǎn):1.與二元鈦鎳合金相比，該專(zhuān)利技術(shù)合金經(jīng)過(guò)適當(dāng)加工處理后，加載平臺(tái)應(yīng)力小，應(yīng)力滯后小。 2.與其它多元鈦鎳合金相比，該專(zhuān)利技術(shù)合金在性能相當(dāng)?shù)臈l件下所含合金元素種類(lèi)較少，在熔煉過(guò)程中更容易獲得成分均勻的鑄錠。 3.與其它多元鈦鎳合金相比，該專(zhuān)利技術(shù)合金各元素熔點(diǎn)在1083~1668°C，壓制電極中不含高熔點(diǎn)原料，對(duì)感應(yīng)熔煉設(shè)備工作溫度要求低。 4.與其它多元鈦鎳合金相比，該專(zhuān)利技術(shù)合金各元素熔點(diǎn)相近，在熔煉過(guò)程中合金成分更易控制，合金均勻性提高。 本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)效果:圖1為本專(zhuān)利技術(shù)中所涉及的鈦鎳基形狀記憶合金和二元鈦鎳形狀記憶合金在相同測(cè)試條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中代碼I指的是本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金絲材的6%應(yīng)變加載卸載曲線，代碼2指的是常規(guī)二元鈦鎳合金絲材的6%應(yīng)變加載卸載曲線。測(cè)試溫度為37°C，與人體溫度接近。可見(jiàn)本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金絲材的加載平臺(tái)應(yīng)力小于常規(guī)二元鈦鎳合金絲材，本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金絲材的加載平臺(tái)應(yīng)力約為300~350MPa，常規(guī)二元鈦鎳合金絲材的加載平臺(tái)應(yīng)力約為450MPa。本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金絲材的應(yīng)力滯后為200~250MPa，常規(guī)二元鈦鎳合金絲材的應(yīng)力滯后為350MPa左右，且本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金絲材的卸載平臺(tái)應(yīng)力較常規(guī)二元鈦鎳合金略高。6%應(yīng)變加載卸載后兩者超彈性良好。 【專(zhuān)利附圖】【附圖說(shuō)明】 圖1為本專(zhuān)利技術(shù)中所涉及的T1-52N1-5Cu-2.5Co四元形狀記憶合金和二元T1-55.8Ni形狀記憶合金在人體溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中橫坐標(biāo)是應(yīng)變，單位％ ;縱坐標(biāo)是應(yīng)力，單位MPa。 【具體實(shí)施方式】 下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 一種生物醫(yī)用T1-N1-Cu-Co四元形狀記憶合金，其特征在于該合金主要由T1、Ni, Cu和Co四種元素組成，按重量百分比為:N1:45-55%, Cu: 1-10%, Co:0.1~3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。采用海綿鈦、電解鎳、無(wú)氧銅桿和電解鈷為原料，經(jīng)過(guò)壓制電極桿，通過(guò)真空中頻感應(yīng)爐熔煉成鑄錠。然后經(jīng)鍛造、乳制、熱處理等加工工序制造出本專(zhuān)利技術(shù)的合金。鍛造軋制在加熱溫度950~1050°C下進(jìn)行，時(shí)效處理在加熱溫度350~500°C下進(jìn)行，保溫5~15min，水冷。 本專(zhuān)利技術(shù)的鈦鎳基四元形狀記憶合金的應(yīng)用可以是板、棒、絲材和管材，以及這些材料的機(jī)加制品。 實(shí)施例1:采用OA級(jí)海綿鈦、I級(jí)電解鎳、無(wú)氧銅桿和電解鈷為原料，按名義成分T1-45N1-10Cu-3.0Co配制合金料。合金料經(jīng)混料后壓制成電極塊。在真空感應(yīng)熔煉爐中，將電極熔煉成鈦鎳基四元形狀記憶合金錠。熔煉真空度為2X 10_2Pa，熔煉電壓為250~300V，熔煉電流為90~100A。鑄錠在1000°C入爐，保溫2h后直接拔長(zhǎng)鍛造。一火次鍛成50X50的方棒。熱軋?jiān)?50橫列式軋機(jī)上進(jìn)行，熱軋工藝為950°C保溫30min后，由50X50的方棒直接軋制成Φ8.5的線材。該線材在500~750°C多道次拉拔后得到Φ 1.2絲材，Φ 1.2絲材在400°C經(jīng)5min在線矯直時(shí)效后得到成品絲材。該合金在人體溫度下6%應(yīng)變加載平臺(tái)應(yīng)力為σ I為300MPa，應(yīng)力滯后Δ σ為200MPa，殘余應(yīng)變< 0.3%。 實(shí)施例2:按名義成分T1-55N1-10Cu_0.1Co配制合金料。合金料經(jīng)混料后壓制成電極塊，在真空感應(yīng)熔煉爐中，將電極熔煉成四元形狀記憶合金錠。熔煉真空度為2 X 10_2Pa，熔煉電壓為250~300V，熔煉電流為90~100A。鑄錠在1050 °C入爐，保溫2h后直接拔長(zhǎng)鍛造。一火次鍛成50X50的方棒。熱軋?jiān)?50橫列式軋機(jī)上進(jìn)行，熱軋工藝為1000°C保溫30min后，由50X50的方棒直接軋制成Φ8.5的線材。該線材在500~750°C多道次拉拔后得到Φ 1.2絲材，Φ 1.2絲材在450°C經(jīng)1min在線矯直時(shí)效后得到成品絲材。該合金在人體溫度下6%應(yīng)變加載平臺(tái)應(yīng)力為ο I為330MPa，應(yīng)力滯后Δ σ為230MPa，殘余應(yīng)變< 0.3%ο 實(shí)施例3:與實(shí)施例1步驟類(lèi)似，按名義成分T1-52N1-5Cu-2.5Co配制合金料。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種生物醫(yī)用Ti?Ni?Cu?Co四元形狀記憶合金，其特征在于：該形狀記憶合金主要由Ti、Ni、Cu和Co四種元素組成，按重量百分比為：Ni：45~55%、Cu：1~10%、Co：0.1~3%，余量為鈦和不可避免的雜質(zhì)。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于孟，薛颯，賈兵然，牛中杰，雷亞軍，毛江虹，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西安思維金屬材料有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61