СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Российский патент 2007 года по МПК C22C14/00 

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых для изготовления различных деталей и конструкций, в том числе для медицинского оборудования, инструментов и деталей, применяемых в ортопедии и травмотологии. Известен сплав, используемый для изготовления деталей-эндопротезов и имплантантов, содержащий мас.%: алюминий 5,5÷6,75; ванадий 3,5÷4,5; титан - остальное по ASTM F 136-92.

Этот сплав зарегистрирован международным стандартом ISO 5832-2 "Имплантанты для хирургии. Металлические материалы. Часть 3". Недостатком этого сплава является то, что ванадий, входящий в этот сплав, характеризуется потенциальной токсичностью.

Наиболее близким по технической сущности является сплав на основе титана (прототип), содержащий мас.%: алюминий 5,0÷6,5; ниобий 6,5÷7,5; тантал 0,1÷0,5; молибден 0,2÷1,5; титан - остальное (RU 42103405, 27.01.1998, С 22 С 14/00).

Недостатком этого сплава являются низкие пластические свойства и высокая стоимость производства. Содержание ниобия в сплаве в мас.% 6,5÷7,5. Стоимость ниобия составляет 4125÷5800 руб./кг.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего высокой пластичностью с характеристиками прочности на уровне сплава-прототипа и экономически более выгодного, чем известный. Сплав не содержит компонентов, несовместимых с живыми тканями человека.

Технический результат достигается за счет того, что в сплав, содержащий алюминий, молибден и ниобий, дополнительно введены цирконий, кислород и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий4,7÷6,3Ниобий0,4÷0,8Молибден1,5÷2,5Цирконий0,5÷1,5Углерод0,06÷0,12Кислород0,08÷0,14Титаностальное

При этом суммарное содержание кислорода и углерода должно быть меньше или равно 0,22.

По сравнению с аналогом в сплаве в 10 раз снижено содержание ниобия, что значительно удешевляет стоимость металлургического производства, и дополнительно введен цирконий, который относится к переходным элементам, является непосредственным аналогом титана и имеет электронное строение с незаполненной d-оболочкой. Металлохимические свойства титана и циркония близки, что приводит к повышению пластичности без снижения остальных характеристик; при содержании циркония более 2,0% пластичность снижается на 30% (С.Г.Глазунов, В.Н.Моисеев Конструкционные титановые сплавы. М., Металлургия, 1974 г., стр.227).

Выбранное соотношение кислорода и углерода в пределах С+О₂≤0.22 обеспечивает сохранение высокой прочности и пластичности. При увеличении содержания кислорода и углерода снижается термическая стабильность сплава и увеличивается склонность к коррозионному воздействию. Кислород и углерод являются сильными упрочнителями, соответственно снижается пластичность и вязкость сплавов (И.В.Горынин, Б.Б.Чечулин. Титан в машиностроении. М., Металлургия, 1990 г., стр.151).

Опытный металл изготовлен в виде слитков вакуумно-дугового переплава. Размер слитков ⊘ 185×160 мм.

В качестве шихтовых материалов использовались титановая губка ТГ-90 м, лигатура АМНТУ, лигатура АМТ, лигатура АНК. Состав предлагаемого и известного сплавов и их механические свойства приведены в Таблицах 1 и 2. Значения механических свойств приведены по результатам испытаний трех образцов на точку.

Таблица 1.Химический состав предлагаемого и известного сплавов на основе титана.СплавСоставСодержание компонентов, мас.%AlNbМоZrТаO₂СO₂+СTiПредлагаемый14,70,82,230,5-0,080,120,20Остальное26,160,42,51,5-0,100,100,20То же36,30,61,50,99-0,140,060,22То жеИзвестный 5,87,00,8-0,3---То жеТаблица 2.Механические свойства предлагаемого и известного сплавов на основе титана.СплавСоставВременное сопротивление, МПаПредел текучести, МПаОтносительное удлинение, %KCU, кгсм/см ²Предлагаемый1103498515,09,8 2104299116,010,0 3104799616,48,5Известный 9378179,86,6

Как видно из таблицы 2, результаты испытаний подтверждают, что предлагаемый состав сплава на основе титана превосходит известный по показателям механических характеристик. Ожидаемый экономический эффект выразится в снижении себестоимости изделий примерно в 20 раз.

Изобретение относится к металлургии сплавов на основе титана, используемых для изготовления различных деталей и конструкций, в том числе для медицинского оборудования, инструментов и деталей, применяемых в травматологии и ортопедии. Задачей изобретения является создание сплава, обладающего повышенной пластичностью. Предложен сплав на основе титана, содержащий мас.%: алюминий 4,7-6,3; ниобий 0,4-0,8; молибден 1,5-2,5; цирконий 0,5-1,5; углерод 0,06-0,12; кислород 0,08-0,14; титан остальное. При этом суммарное содержание кислорода углерода должно быть меньше или равно 0,22. Сплав предназначен для использования в медицине и других отраслях промышленности. Технический результат - создание сплава, обладающего высокой пластичностью и прочностью. 2 табл.

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, ниобий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий, кислород и углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий4,7-6,3Ниобий0,4-0,8Молибден1,5-2,5Цирконий0,5-1,5Углерод0,06-0,12Кислород0,08-0,14ТитанОстальное

при этом суммарное содержание кислорода и углерода должно быть менее или равно 0,22.