(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(10)申请公布号 CN 104220612 A
(43)申请公布日 2014.12.17
(21)申请号 CN201380017526.4
(22)申请日 2013.03.28
(71)申请人 韩国机械研究院
    地址 韩国大田市
(72)发明人 朴赞熙 廉宗泽 金承彦 金圣雄 金贞瀚 洪在根
(74)专利代理机构 北京弘权知识产权代理事务所(普通合伙)
    代理人 荣文英
(51)Int.CI
      C22C14/00
                                                                  权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
      显示线性弹性变形行为的具有超高强度及超低弹性模量的钛合金
(57)摘要
      公开了一种具有超高强度和超低弹性模量并且显示线性弹性变形行为的钛合金，本发明的钛合金(Ti-20Nb-5Zr-1Fe-0)由钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、铁(Fe)及氧(O)构成。更具体地，铌(Nb)的含量为18～22at.％、锆(Zr)的含量为3～7at.％、铁(Fe)的含量为0.5～3.0at.％、氧(O)的含量为0.1～1.0wt.％，余量为钛(Ti)。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2021-03-19
汽车螺丝
专利权的转移
专利权的转移
2016-06-29
授权
授权
2015-01-07
实质审查的生效
实质审查的生效
2014-12-17
公开
公开
权 利 要 求 说 明 书
1.一种具有超高强度及超低弹性模量并显示线性弹性变形行为的钛合金，所述钛合            金由钛、铌、锆、铁及氧构成。           
2.根据权利要求1所述的钛合金，其特征在于，铌的含量为18～22at.％、锆的含            量为3～7at.％、铁的含量为0.5～3.0at.％、氧的含量为0.1～1.0wt.％，余量为钛。           
3.根据权利要求2所述的钛合金，其特征在于，所述钛合金的弹性模量在冷轧加            工前为68GPa，冷轧加工后为60GPa，所述钛合金显示线性弹性变形行为，适合作为            体内材料使用。           
4.根据权利要求2所述的钛合金，其特征在于，所述线性弹性变形的量大于1％。           
5.根据权利要求2所述的钛合金，其特征在于，所述钛合金在冷轧加工前的抗张强            度为大于900Mpa，在冷轧加工后为大于1150Mpa，所述钛合金在冷轧加工前的延伸率            为大于18％，在冷轧加工后的延伸率为大于8％。           
说  明  书
<p>技术领域       
本发明涉及一种显示线性弹性变形行为的具有超高强度及超低弹性模量的钛合金，        该钛合金为是β系结构。与具有相似性质和应用的传统钛合金相比，该钛合金的强度非        常高，大于1150MPa，而其弹性模量非常低，小于60GPa。       
背景技术       
钛合金是典型的轻金属。它由于具有很高的强度及卓越的耐蚀性而被广泛应用，例        如用于宇宙航空工业、化学工程领域、体内移植材料及体育设备等。基于其具有其他材        质所不易获得的特性，这种钛合金已知是在各个产业领域创造出极大的附加价值的材料。       
用作体内植入物的传统钛合金与骨骼之间的弹性模量差异很大。这样大的差异经常        引起骨骼应力屏蔽(stress shielding)，其是应用于具有相对较低弹性模量的骨结构的较        小应力。这就使人体系统认知到应力较小的骨组织是不必要的部分，导致坏骨细胞活性        化，使骨组织溶解。       
对此，开发出使这种骨骼应力屏蔽现象最小化的用于体内植入物材料的低弹性模量        钛合
金是非常必要的。尤其是对于整形外科装置的植入物，不仅要求具有低弹性模量及        高强度，还要求其具有提供良好成型性的超弹性和超塑性，因为它们的铸造形状非常复        杂。因此，满足这种需要的钛合金的开发迫在眉睫。这种高强度低弹性模量并具有超弹        性超塑性的钛合金除了用于体内植入物以外，还可以用于航空宇宙、发电等产业领域和        生活用品和其他工业部分。其还可以用作在腐蚀及其他特殊环境中的注塑材料。不锈钢        (例如316L型不锈钢)和钴合金已经被用作体内植入物材料。但是在人体内植入这种        合金时，产生如下问题：首先，由于体内腐蚀，金属离子释放到血液并沿着血管散布到        人体全身，诱发各种疾病；其次，将没有生物活性的金属构成的植入物插入人体内时，        经过植入后的一段时间后，它们易与移植部位分离；最后，这种植入物的弹性模量与人        体的骨骼相比较高，以致植入物周围的骨组织由于骨应力屏蔽会损坏，植入物变得松脱        植入部位，因此需要重新手术。       
为了解决上述问题，对于开发具有生物相容性的钛合金进行了深入研究。特别地，        研究者试图获得传统纯钛金属和Ti-6Al-4V合金所不具备的超低弹性模量和超高强度的        钛合金。与具有高弹性模量和高强度的现有合金相比，由于具有低弹性模量和高强度的        钛合金能够改善与骨组织的相容性并且避免骨压力屏蔽，所以国内外已经进行这种钛合        金的
研究。       
美国专利第5954724号中公开了适用于医疗植入物和装置的构建的低模量医疗用钛        合金，在美国专利第7887584号中公开了包含至少一种非晶体金属合金的医疗装置。然        而，上述专利都是集中开发低弹性模量的钛合金，因为现有的钛合金或其他金属的弹性        模量高于骨骼。直至现在，还没有成功开发出除了具有低弹性模量之外还具有改善的机        械和物理特性的钛合金。       
发明内容       
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种显示线性弹性变形行为并具        有超高强度及超低弹性模量的钛合金，其中钛合金由钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、铁        (Fe)及氧(O)构成。       
本发明的另一目的在于，提供一种显示线性弹性变形行为并具有超高强度及超低弹        性模量的钛合金，其中所述钛合金包括：18～22原子百分比(at.％)的铌(Nb)、3～7        at.％的锆(Zr)、0.5～3.0at.％的铁(Fe)、0.1～1.0重量百分比(wt.％)的氧(O)，余        量为钛(Ti)。       
此外，本发明的钛合金与大部分的传统钛合金的不同在于其不含高熔点金属钽(Ta)        (熔点温度为3000℃)，不会出现大容量熔化及凝固时常常发生的Ta不均匀分布的问题。        因此，钛合金适合于大量生产，可实现大于90％的冷却成型。       
根据本发明，钛合金由钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、铁(Fe)及氧(O)构成。        更具体地，钛合金包括18～22at.％的铌(Nb)、3～7at.％的锆(Zr)、0.5～3.0at.％        的铁(Fe)、0.1～1.0wt.％的氧(O)，余量为钛(Ti)。       
根据本发明，钛合金的弹性模量在冷轧加工前是68GPa，冷轧加工后为60GPa，        并且钛合金显示线性弹性变形行为，适合用作体内材料(或生物体内材料)。