一種鈦基非晶合金及以其為材質(zhì)的骨鉆制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生物醫(yī)用合金及該合金制品的加工方法。
【背景技術】
[0002] 非晶合金是通過快速冷卻制備的一種新型合金，其原子排列在三維空間呈拓撲無 序狀態(tài)，以金屬鍵相連接，不存在通常晶態(tài)合金所存在的有序晶面、晶向以及晶界、位錯和 孿晶，也不存在偏析、第二相等成分起伏等缺陷，組成原子之間在幾個晶格常數(shù)范圍內(nèi)保持 短程有序，形成一種類似原子團簇的結(jié)構(gòu)。同時，在快速凝固時沒有結(jié)晶現(xiàn)象的發(fā)生，因此 具有與液體相似的原子排列結(jié)構(gòu)。正是由于非晶合金這種特殊的原子結(jié)構(gòu)決定了它特殊的 物理、化學性能，與傳統(tǒng)晶態(tài)材料相比，非晶合金具有高強度、高硬度、低彈性模量、高耐磨 性和高耐腐蝕性能。
[0003] 晶態(tài)鈦合金在生物醫(yī)用方面獲得了廣泛的應用，而鈦（Ti)基非晶合金與晶體結(jié) 構(gòu)鈦合金相比具有更高的強度、更低的楊氏模量和更優(yōu)異的耐腐蝕性，在生物醫(yī)用材料方 面具有更廣闊的應用前景，因而近年來，鈦基非晶合金已成為生物醫(yī)用材料領域的研宄熱 點之一。然而，相比Zr基、Pd基、Fe基等非晶合金系，Ti基非晶合金系的形成能力較小，能 夠制備出的塊體非晶合金材料的臨界尺寸較小，限制了其在工程上的應用。目前，開發(fā)出的 具有較大形成能力的塊體非晶合金普遍以Ti-Zr-Ni-Cu為基礎，通過合金化的方法添加其 它元素（如Be等）獲得的。這類Ti基非晶合金含有Ni、Be等高生物毒性元素，限制了Ti 基非晶合金在生物醫(yī)用材料領域中的應用。非晶形成能力達到厘米級的Ti-Zr-Cu-Pd-Sn 非晶合金，雖不含Ni、Be等高生物毒性元素，但其貴金屬元素Pd含量較高（14at%)導致 其成本太高而限制該合金系在生物醫(yī)用材料領域的廣泛應用。因此，開發(fā)出不含有Ni、Be 等高生物毒性元素且不含貴金屬的高非晶形成能力的鈦基塊體非晶合金材料是鈦基非晶 合金能夠廣泛應用發(fā)展的前提條件。
[0004] 目前所使用的骨鉆多為不銹鋼材料制造，含有較多的Ni元素，對人體的毒性較 大，且其強度低，尤其是對于小尺寸不銹鋼骨鉆，由于其材料強度很低，與骨骼的沖擊摩擦 時，易出現(xiàn)鈍刃、彎折等現(xiàn)象，鉆骨效率低下，增加患者的痛苦，甚至可能導致醫(yī)療事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要要解決的技術問題是提供一種不含有毒元素，且具有較高彈性、變形 能力及抗扭強度的鈦基非晶合金。
[0006] 本發(fā)明同時主要要解決的技術問題是提供一種使用上述鈦基非晶合金材料制作 骨鉆的方法。
[0007]本發(fā)明一種鈦基非晶合金，其包含Ti、Cu、Zr、Ni、Si、Sn、Sc七種元素，且該 上述七種元素以名目為（Ti46.5Cu34.5Zr8.5Fe3.5Sn3Si4)1QQ_xScx的通式進行質(zhì)量配比，其中 1 ^x^ 2. 5〇
[0008] 本發(fā)明一種以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆制作方法，包括如下步驟：
[0009] 1)取料，以名目為（Ti46.5Cu34.5Zr8.5Fe3.5Sn3Si4)1QQ_xSCx的通式中各元素所占的質(zhì)量 百分比，分別稱取Ti、Cu、Zr、Ni、Si、Sn、Sc七種元素物料，其中1彡x彡2. 5,且以上七種 元素的物料純度均要大于99%;
[0010] 2)熔煉，將稱取的各元素物料放入經(jīng)Ti純化的電弧爐或感應爐內(nèi)熔煉3遍，最終 獲得成分均勻的合金；
[0011] 3)熔化，將熔煉所得的合金放入吸鑄造坩堝內(nèi)加熱重熔為金屬液；
[0012] 4)吸鑄，在高真空氬氣保護條件下，利用機械泵負壓將金屬液吸送注入骨鉆銅模 內(nèi)，脫模后得到骨鉆毛坯；
[0013] 5)精加工，將骨鉆毛坯送入精加工平臺進行精加工，得到骨鉆成品。
[0014] 本發(fā)明一種以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆制作方法，其中所述銅模為無氧銅材 質(zhì)。
[0015] 本發(fā)明一種以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆制作方法，其中所述機械泵負壓為 0.lMPa〇
[0016] 本發(fā)明一種鈦基非晶合金與現(xiàn)有產(chǎn)品的區(qū)別在于：本發(fā)明一種鈦基非晶合金不含 有毒金屬元素，如Be、Ni等，更適于作為醫(yī)療器械的原材料使用，增加了醫(yī)療過程的安全； 經(jīng)實驗驗證，本發(fā)明一種鈦基非晶合金的硬度、抗扭強度及抗壓強度等力學性能更加突出， 明顯優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，以本發(fā)明制作的醫(yī)療器械壽命更長，故障率更低；本發(fā)明一種鈦基非 晶合金具有較高的非晶形成能力，可以獲得的非結(jié)晶合金體積明顯大于現(xiàn)有產(chǎn)品的最大體 積，也就意味著本發(fā)明一種鈦基非晶合金可以用于制作性能優(yōu)異、體積較大的產(chǎn)品。
[0017] 本發(fā)明一種以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆制作方法過程簡單，且只需使用現(xiàn)有生 產(chǎn)設備即可，大大降低了生產(chǎn)設備的開發(fā)成本。
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明一種鈦基非晶合金及其生產(chǎn)方法作進一步說明。
【附圖說明】
[0019] 圖1為以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆正視圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明中兩種質(zhì)量配比的鈦基非晶合金X射線檢測圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明中兩種質(zhì)量配比的鈦基非晶合金工程應力應變曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 本發(fā)明一種鈦基非晶合金，其包含Ti、Cu、Zr、Ni、Si、Sn、Sc七種元素，且該 上述七種元素以名目為（Ti46.5Cu34.5Zr8.5Fe3.5Sn3Si4)1QQ_xScx的通式進行質(zhì)量配比，其中 1 ^x^ 2. 5〇
[0023] 本發(fā)明一種以鈦基非晶合金為材質(zhì)的骨鉆制作方法，包括如下步驟：
[0024] 1)取料，以名目為Ti46.5Cu34.5Zr8.5Fe3.5Sn3Si4)1QQ_xSCx的通式中各元素所占的質(zhì)量 百分比，分別稱取Ti、Cu、Zr、Ni、Si、Sn、Sc七種元素物料，其中1彡x彡2. 5,且以上七種 元素的物料純度均要大于99%;
[0025] 2)熔煉，將稱取的各元素物料放入經(jīng)Ti純化的電弧爐或感應爐內(nèi)熔煉3遍，最終 獲得成分均勻的合金；
[0026] 3)熔化，將熔煉所得的合金放入吸鑄造坩堝內(nèi)加熱重熔為金屬液；
[0027] 4)吸鑄，在高真空氬氣保護條件下，利用機械泵形成壓強差為0.IMPa的負壓將金