一种选区激光熔化纯钽制件的热处理方法及其产品和应用

本发明涉及金属材料先进制造，具体而言，涉及一种选区激光熔化纯钽制件的热处理方法及其产品和应用。

背景技术：

1、钽金属具有良好的力学性能，优异的耐蚀性、生物相容性和亲骨性，被广泛应用于骨组织修复领域。以选区激光熔化为代表的增材制造技术是实现对个性化复杂结构制件精确快速制造的有效途径，其技术特点与骨骼植入体的个体化设计以及精准医疗需求非常契合。目前，增材制造生产的金属钽髋关节假体、垫块、椎间融合器等已经在临床治疗上得到广泛应用。

2、需要注意的是，骨骼植入体在生物体内通常需要经历长时间服役，承受反复载荷，而期间的断裂失效往往意味着患者需要重新做置换手术，严重增加治疗成本和患者痛苦。因此，骨骼植入体，尤其是承力制件对疲劳性能通常有极高要求。

3、选区激光熔化是金属材料增材制造中的一种主要技术途径，其利用金属粉末在激光束的热作用下快速熔化、快速凝固，该技术选用激光作为能量源，金属制件在成形过程容易产生孔隙及微裂纹，这些缺陷往往会成为裂纹源，降低材料的疲劳性能。

4、因此，对于增材制造的金属制件，如何在少牺牲甚至不牺牲材料静态力学性能的前提下，提高其疲劳性能是亟待解决的关键技术问题，这对于提高增材制造金属植入体制件的可靠性具有重要意义。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高选区激光熔化纯钽制件疲劳性能的热处理方法及其产品，以解决上述技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种选区激光熔化纯钽制件的热处理方法，其包括如下步骤：

4、s1.去应力退火：将选区激光熔化成形的纯钽制件连同基材一起进行去应力退火，退火温度为700-1200℃，退火时间≥0.5h，随炉冷却；

5、s2.高压热处理：将步骤s1中冷却后的纯钽制件进行高压热处理，热处理温度为700-1100℃，热处理压强为100-200mpa，热处理时间为0.5-4h；

6、s3.将步骤s2处理好的纯钽制件冷却至室温，降温速率为150-1500℃/min。

7、第二方面，本发明提供了一种纯钽制件，其采用前述热处理方法制备得到，纯钽制件的抗拉强度为480-580mpa，屈服强度为350-480mpa，高周疲劳强度为300-350mpa。

8、第三方面，本发明提供了一种前述纯钽制件在增材制造金属钽植入体制件的应用。

9、本发明具有以下有益效果：

10、本发明提供的选区激光熔化纯钽制件的热处理方法，采用去应力退火和高压热处理的技术方案对选区激光熔化成形的纯钽制件进行热处理，可实现对纯钽制件的组织与缺陷进行双重调控。纯钽制件经过上述热处理后，内部孔隙和微裂纹等得到明显改善，疲劳源明显减少，晶粒均匀细小且侧向柱状晶粒减少，弥合微小匙孔和微裂纹，进而提高纯钽制件的疲劳性能。此外，本发明选区激光熔化纯钽制件的热处理方法，工艺流程简单，热处理周期短，可以保持甚至提高纯钽制件的静态力学性能，如抗拉强度、屈服强度等。本发明制备的纯钽制件对增材制造金属钽植入体制件具有重要意义。

技术特征：

1.一种选区激光熔化纯钽制件的热处理方法，其特征在于，其包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述钽制件进行所述去应力退火之后需要与基材进行分离；

3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述去应力退火的退火温度为900-1100℃，所述退火时间为0.5-2h。

4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，控制所述去应力退火过程中的真空度为1×10-4-1×10-3pa。

5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述热处理温度为800-1000℃，所述热处理压强为150-200mpa；

6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，对所述钽制件采用气淬冷却的方式进行冷却。

7.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，对所述钽制件进行冷却时的降温速率为1000-1500℃/min。

8.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述钽制件在进行所述去应力退火和所述高压热处理时，均放置在钛匣进行处理。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的热处理方法制备的纯钽制件，其特征在于，所述纯钽制件的抗拉强度为480-580mpa，屈服强度为350-480mpa，高周疲劳强度为300-350mpa。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的热处理方法制备的纯钽制件或如权利要求9所述的纯钽制件在增材制造金属钽植入体制件的应用。

技术总结本发明公开了一种选区激光熔化纯钽制件的热处理方法及其产品和应用，涉及金属材料先进制造技术领域。热处理方法主要包括将选区激光熔化成形的纯钽制件进行去应力退火和高压热处理。处理后的纯钽制件的内部孔隙和微裂纹等得到明显改善，疲劳源明显减少，晶粒均匀细小且侧向柱状晶粒减少，弥合微小匙孔和微裂纹，进而提高纯钽制件的疲劳性能。此外，本发明制备的纯钽制件对增材制造金属钽植入体制件具有重要意义。技术研发人员：施麒,申正焱,刘辛,谭冲,谢焕文受保护的技术使用者：广东省科学院新材料研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/5