專利名稱：多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多孔Ti-Ni基形狀記憶合金的改進技術，具體地說是一種高強高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金及其制備方法。
背景技術：
多孔Ti-Ni形狀記憶合金的發(fā)展一直都致力于滿足生物醫(yī)用的需求。最近人們對多孔Ti-Ni合金的關注逐漸從生物相容性擴展到其它性能上來，例如可以利用其減震性能制備成減震合金，利用其孔隙特性制備成梯度材料等等。這些由多孔Ti-Ni合金制備的材料將來極有可能在航空、航天等領域發(fā)揮巨大的作用。然而，所有的這些設想都還處于實驗研究階段，與實際應用還有一段距離，其中最大的阻礙就是多孔Ti-Ni合金的力學性能相對較低，穩(wěn)定性較差。當該合金應用到上述領域時，現(xiàn)有的力學性能就無法滿足實際的需要。此外，雖然通過燃燒合成直接制備的多孔Ti-M合金可以滿足一般的人體植入需要， 但是在替代某些承載的受力骨時仍無法滿足要求。因此，在保證孔隙度的條件下，提高多孔 Ti-Ni合金的性能成為實現(xiàn)多孔Ti-Ni合金更為廣泛應用的關鍵性問題。近些年來，研究人員在不斷的嘗試各種手段來改善多孔Ti-Ni合金的性能。例如， 選用不同的制備工藝，選取不同粒度的元素粉末以及對多孔合金進行各種熱處理等。但這些方法都有一定的限制，最終的效果都不甚理想。即使當中某些途徑能夠使力學性能有所提高，也是以犧牲孔隙度為代價的。實際上，第三元素的添加一直是改善合金性能的一個有效途徑。多孔Ti-Ni合金從開始出現(xiàn)到發(fā)展至今一直是以二元系合金為主，而對于三元多孔合金報道很少。在Ti-Ni合金中加入第三元素的例子很多，比如加入Nb成為寬滯后的 Ti-Ni-Nb形狀記憶合金，加入Hf成為Ti-Ni-Hf高溫形狀記憶合金等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高強高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金及其制備方法，通過調(diào)整合金成分，在保持較高孔隙度的前據(jù)下，提高多孔Ti-Ni合金的壓縮強度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是一種高強高孔隙度的Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，按原子百分比計，合金化學成分如下Ti 45 ~ 50% ；Mo :0. 1 2. 0% ；余量為 Ni。所述的Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其最佳的Mo含量按原子百分比計在0. 5 1. 0%左右。所述的Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，主要作為硬骨組織替代，應用于人體環(huán)境當中；或者，作為減振合金使用。所述的高強高孔隙度的Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其制備過程包括如下步驟1)利用混料器按比例將Ti粉、Ni粉和Mo粉進行充分混合；
2)將混合均勻的粉末壓制成坯體；3)將坯體在300°C 450°C的溫度區(qū)間內(nèi)進行預熱；4)利用鎢絲弧光放電對坯體的一端進行點火，利用粉末自身反應放熱使粉末反應向坯體的另一端進行，直至反應結束；5)燃燒結束后，迅速水冷。本發(fā)明在多孔Ti-Ni形狀記憶合金的基礎上，通過加入Mo元素，使得多孔合金在保持較高孔隙度的前提下，因Mo原子的固溶作用而強度增加，從而制備出高強度Ti-Ni-Mo 三元形狀記憶合金。尤為特殊的是Mo的加入，致密態(tài)Ti-Ni-Mo合金是一種具有非常廣闊應用前景的生物醫(yī)用材料。已有的研究結果表明，這種合金具有較高的力學性能和生物耐蝕性。因此，利用的Mo的加入提高多孔Ti-Ni合金的方案切實可行。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、本發(fā)明在多孔NiTi形狀記憶合金的基礎上，通過加入Mo元素，使得多孔NiTi 合金的強度由于Mo原子的固溶作用而增加，從而制備出高強度高孔隙度多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金。本發(fā)明保持了多孔Ti-Ni合金的高孔隙度，孔隙度可達到65%以上，開孔孔隙度達到90%以上。2、本發(fā)明提高了多孔Ti-Ni合金的力學性能，其室溫壓縮屈服強度可達到SOMPa 以上，壓縮應變可達到30%。3、本發(fā)明由于Mo的加入，增加了合金的耐蝕性和生物相容性，使之更適合作為人體植入材料。


圖1為高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo合金的制備流程圖。圖2(a)_(d)為不同Mo含量的多孔Ti-Ni-Mo合金的孔隙形貌1000X ；其中，圖 2 (a) Mo 含量 0. Iat. % ；圖 2(b) Mo 含量 0. 7at. % ；圖 2 (c) Mo 含量 1. Oat. % ；圖 2(d) Mo 含量 1. 2at. %0圖3為不同Mo含量的多孔Ti-Ni-Mo合金在室溫壓縮曲線。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明多孔Ti-Ni-Mo的制備工藝流程如下1)將Ti粉(80 100 μ m)、Ni粉(3 5 μ m)和Mo粉(約30 μ m)按照表1的化學計量比放入混料器中進行4 的旋轉(zhuǎn)混料，使其充分均勻混合。為避免污染，容器內(nèi)不加磨球。2)將混合均勻的混合粉放入真空容器中進行干燥處理，減少粉末表面吸附的氣體。干燥溫度約為95°C 士 10°C，時間為^i±30min。3)將干燥后的混合粉末在模具中進行壓制成型，形成坯料。尺寸一般為 025mmx2OOmm，所得坯料的孔隙度約為。4)將管式爐升溫至520°C 士 10°C，并使其溫度場保持均勻。將成型后的坯料放入管式爐中，利用熱電偶測量坯料的溫度，同時用流動的Ar氣進行氣氛保護，Ar氣流量約為 10ml/mino
5)當坯料溫度達到預期的預熱溫度(300°C 450°C )時，利用鎢絲的輝光放熱，點燃型坯的一端，由于持續(xù)的放熱反應燃燒波將沿著坯料向另一端蔓延，形成孔隙均勻的多孔Ti-Ni合金。6)合成后的多孔Ti-Ni-Mo合金迅速放入水中，進行淬火處理。7)將淬火后的成品從模具中取出，完成制備過程。表1多孔Ti-Ni-Mo合金的化學成分及其孔隙度
權利要求
1.一種多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其特征在于，按原子百分比計，合金化學成分如下Ti 45 50% ；Mo 0. 1 2. 0% ；余量為 Ni。
2.按照權利要求1所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其特征在于按原子百分比計，Mo含量優(yōu)選為0.5 1.0%。
3.按照權利要求1或2所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其特征在于該記憶合金的孔隙度達到60%以上，開孔孔隙度達到90%以上。
4.按照權利要求1或2所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其特征在于該記憶合金的室溫壓縮屈服強度達到SOMPa以上，壓縮應變達到30%。
5.按照權利要求1所述的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟1)利用混料器按比例將Ti粉、Ni粉和Mo粉進行充分混合；2)將混合均勻的粉末壓制成坯體；3)將坯體在300°C 450°C的溫度區(qū)間內(nèi)進行預熱；4)利用鎢絲弧光放電對坯體的一端進行點火，利用粉末自身反應放熱使粉末反應向坯體的另一端進行，直至反應結束；5)燃燒結束后，迅速水冷。
全文摘要
本發(fā)明涉及多孔Ti-Ni基形狀記憶合金的改進技術，具體地說是一種高強高孔隙度的多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金及其制備方法。按原子百分比計，合金化學成分如下Ti45～50％；Mo0.1～2.0％，余量為Ni和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明在多孔NiTi形狀記憶合金的基礎上，通過加入Mo元素，使得多孔NiTi合金的強度由于Mo原子的固溶作用而增加，從而制備出高強度高孔隙度多孔Ti-Ni-Mo三元形狀記憶合金，其孔隙度可達到65％以上，開孔孔隙達到90％以上。室溫奧氏體壓縮屈服強度可達到80MPa以上，壓縮應變可達到30％。本發(fā)明的高強度高孔隙度的多孔記憶合金主要制作硬骨組織替代，應用于人體環(huán)境當中，或者作為減振合金使用。
文檔編號C22C14/00GK102534282SQ20101057963
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月8日 優(yōu)先權日2010年12月8日
發(fā)明者劉樹偉, 姜海昌, 戎利建, 趙明久, 閆德勝 申請人:中國科學院金屬研究所