一种TiTaMoZrHf合金材料及其制备方法和应用

本发明涉及生物医用合金材料，尤其涉及一种titamozrhf合金材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，高熵合金作为一种新型高强度合金，一经问世便受到了材料领域专家的高度关注，得到快速发展。叶均蔚等率先跳出传统合金的发展框架，于2004年首次提出了多主元高熵合金的设计思想；多主元高熵合金一般具有5种或5种以上的主要元素，这些主要元素以等摩尔比或近似等摩尔比配制；合金的混合熵极高，在凝固过程中，传统多元合金中脆性相的析出被抑制，一般在凝固后形成bcc(体心立方)或fcc(面心立方)结构的单一固溶体，大大降低了多元合金的脆性。多主元高熵合金打破了以一种合金元素为基的传统合金设计模式，可通过合金成分优化，获得具有显微结构简单化的纳米析出物、非晶结构、纳米晶粒等组织特征和高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、超大范围内的模量可调节性等优异性能的组合合金。

2、钛合金以其优良的生物相容性、力学适应性、可加工性和在生物环境下的抗腐蚀性在临床上的运用越来越广泛，但是其弊端也逐渐显露：一是某些合金元素有毒性；二是弹性模量过高，与人体骨骼的弹性模量不匹配；三是钛合金为生物惰性材料，生物活性不够理想；四是钛合金的耐磨性较差；五是人体应用环境十分苛刻，钛合金的耐腐蚀性还需要进一步提高。因此，利用高熵合金的设计理念开发一种具有优异性能的合金，将极大地拓展合金在生物医用材料领域的应用前景，为生物医用材料的开发提供更大的空间。

3、部分已开发的tizr-过渡族金属高熵合金体系组元元素具有良好的生物相容性和较好的耐腐蚀性能，但是，其弹性模量较高，与人骨的弹性模量差距较大，仍不适合作为植入材料应用于生物医用领域。中国专利cn111235429a公开了在ti-10mo-28nb合金配比基础上添加合金强化元素zr及β相稳定元素ta，该发明的钛合金虽然弹性模量较低，但其抗压强度相对较差，不能满足现代生物医用材料领域的应用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种titamozrhf合金材料，具有低模量和高强度，满足现代生物医用材料领域的应用要求。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种titamozrhf合金材料，成分以原子百分比计包括：ta5％～25％、mo 5％～25％、zr 5％～20％、hf 1％～10％和余量的ti。

4、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计包括：ta8％～25％、mo8％～25％、zr 8％～20％、hf2％～9％和余量的ti。

5、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计包括：ta10％～25％、mo10％～25％、zr 10％～20％、hf3％～8％和余量的ti。

6、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计包括：ta12％～25％、mo15％～25％、zr 12％～20％、hf3％～7％和余量的ti。

7、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计包括：ta15％～25％、mo20％～25％、zr 15％～20％、hf3％～7％和余量的ti。

8、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计包括：ta18％～22％、mo23％～25％、zr 18％～20％、hf4％～6％和余量的ti。

9、优选地，所述titamozrhf合金材料的成分以原子百分比计为：ta 5％、mo25％、zr20％、hf5％和ti 45％；或者为ta 20％、mo 25％、zr 20％、hf5％和ti 30％；或者为ta20％、mo 5％、zr 20％、hf5％和ti 50％；或者为ta 20％、mo 25％、zr 5％、hf5％和ti45％。

10、本发明还提供了上述技术方案所述titamozrhf合金材料的制备方法，包括：将合金原料进行熔炼后浇铸，得到titamozrhf合金材料。

11、优选地，所述熔炼为真空非自耗电极电弧熔炼。

12、本发明还提供了上述技术方案所述titamozrhf合金材料或按照上述技术方案所述制备方法制备的titamozrhf合金材料作为生物医用材料的应用。

13、本发明提供了一种titamozrhf合金材料，成分以原子百分比计包括：ta5％～25％、mo 5％～25％、zr 5％～20％、hf 1％～10％和余量的ti。本发明以ti-zr-mo为基础，通过添加β稳定元素ta元素，可以降低合金的弹性模量；通过添加中性元素hf元素，可以在一定程度上抑制脆性相ω相的产生，提高硬度、强度的同时进一步降低弹性模量；通过对各元素的选择和用量的限定，可以得到由简单结构的固溶体相组成的合金材料，合金组织均匀，具有低模量、高强度的特点。实施例结果表明，本发明提供的titamozrhf合金材料抗压强度达到1051mpa，压缩屈服强度达到873mpa，显微硬度高达675hv，弹性模量仅为72gpa。

技术特征：

1.一种titamozrhf合金材料，成分以原子百分比计包括：ta 5％～25％、mo 5％～25％、zr 5％～20％、hf 1％～10％和余量的ti。

2.根据权利要求1所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计包括：ta 8％～25％、mo 8％～25％、zr 8％～20％、hf2％～9％和余量的ti。

3.根据权利要求2所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计包括：ta 10％～25％、mo 10％～25％、zr 10％～20％、hf3％～8％和余量的ti。

4.根据权利要求3所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计包括：ta 12％～25％、mo 15％～25％、zr 12％～20％、hf3％～7％和余量的ti。

5.根据权利要求4所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计包括：ta 15％～25％、mo 20％～25％、zr 15％～20％、hf3％～7％和余量的ti。

6.根据权利要求5所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计包括：ta 18％～22％、mo 23％～25％、zr 18％～20％、hf4％～6％和余量的ti。

7.根据权利要求1所述的titamozrhf合金材料，其特征在于，成分以原子百分比计为：ta 5％、mo 25％、zr 20％、hf5％和ti 45％；或者为ta 20％、mo 25％、zr 20％、hf5％和ti30％；或者为ta 20％、mo 5％、zr 20％、hf5％和ti 50％；或者为ta 20％、mo 25％、zr5％、hf5％和ti 45％。

8.权利要求1～7任意一项所述titamozrhf合金材料的制备方法，其特征在于，包括：将合金原料进行熔炼后浇铸，得到titamozrhf合金材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼为真空非自耗电极电弧熔炼。

10.权利要求1～7任意一项所述titamozrhf合金材料或权利要求8或9所述制备方法制备的titamozrhf合金材料作为生物医用材料的应用。

技术总结本发明提供了一种TiTaMoZrHf合金材料及其制备方法和应用，属于生物医用合金材料技术领域。本发明提供了一种TiTaMoZrHf合金材料，成分以原子百分比计包括：Ta 5％～25％、Mo 5％～25％、Zr 5％～20％、Hf 1％～10％和余量的Ti。本发明以Ti‑Zr‑Mo为基础，通过添加β稳定元素Ta元素，可以降低合金的弹性模量；通过添加中性元素Hf元素，可以在一定程度上抑制脆性相ω相的产生，提高硬度、强度的同时进一步降低弹性模量；通过对各元素的选择和用量的限定，可以得到由简单结构的固溶体相组成的合金材料，合金组织均匀，具有低模量、高强度的特点。技术研发人员：许艳飞,章莎,刘驰,夏琳燕,周灿,熊汉青,方文俊,刘龙,柳健,郭志明,曾广胜受保护的技术使用者：长沙学院技术研发日：技术公布日：2024/10/10