本發(fā)明屬于鈦合金制備，具體涉及一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈦及鈦合金因具有質(zhì)地輕、比強度高、較好的生物相容性以及優(yōu)異的耐腐蝕性等特點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療及日常生活用品中。目前臨床植入材料大多用純鈦和一般鈦合金制作，在術(shù)后會引起細菌感染，在純鈦中加入cu可以起到抗菌功能，在某些容易滋生細菌的環(huán)境下，可以達到抑菌的要求。然而，電子束熔煉爐在制備含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠時，因銅元素在鈦合金中的分配系數(shù)k是0.2，遠遠小于1，因此說明cu元素在熔煉過程中有很大的結(jié)晶偏析傾向，且鑄錠成分不均勻。

2、有鑒于此，本發(fā)明人提供一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，通過對電極塊和銅板的布料方式、以及熔煉工藝上進行了改進，解決了因cu元素揮發(fā)嚴重，導(dǎo)致鑄錠成分不均勻性以及成分偏析等問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1、準備原料：根據(jù)目標鈦合金鑄錠的成分，所述原料包括鈦制件、海綿鈦、銅制件，按重量百分比計，其中，鈦的含量為90.4％～91.8％，銅的含量為7.8％～9％；

5、步驟2、壓制電極塊：將步驟1準備的海綿鈦裝入模具中，并在油壓機上對海綿鈦進行壓制，得到多塊電極塊；

6、步驟3、布料：按照設(shè)定方式將鈦制件、銅制件和步驟2得到的電極塊在電子束冷床爐上進行布料；

7、步驟4、電子束冷床爐熔煉：將步驟3布料完成的鈦制件、銅制件和電極塊送入電子束冷床爐的熔煉室中，并按照設(shè)定的熔煉參數(shù)進行熔煉，熔煉結(jié)束后進行冷卻，得到目標鈦合金鑄錠。

8、進一步優(yōu)選的，步驟2中，壓制成型的所述電極塊為方形電極塊，因為電子束冷床爐爐的進料槽為方形結(jié)構(gòu)，且結(jié)合電子束冷床爐進料系統(tǒng)對電極塊的要求，因此方形最優(yōu)。

9、進一步地，每塊電極塊保壓時間為30s～60s，壓制成型的所述電極塊密度為3.40g/cm3～3.60g/cm3；

10、進一步地，步驟1中，所述鈦制件為純鈦板；所述海綿鈦包括同批次或者不同批次的0a級低鐵低氧海綿鈦；所述銅制件為銅板。

11、進一步地，所述步驟3的具體過程如下：

12、步驟3.1、在電子束冷床爐的冷床上布置純鈦板，用于防止在熔煉過程中銅板與冷床粘連；

13、步驟3.2、在純鈦板的上表面布置一層銅板，然后選擇至少一塊電極塊放置在銅板上，使電極塊完全覆蓋在銅板上；

14、其中，一層銅板的重量占總銅板重量的8.07％～10.17％；

15、步驟3.3、在進料槽內(nèi)按照電極塊層-銅板層-電極塊層交替的形式布置；

16、其中，電極塊層由多塊電極塊組成；銅板層由銅板組成，其重量占總銅板重量的89.83％～91.93％。

17、進一步優(yōu)選的，所述銅制件為t2銅板最優(yōu)，所述t2銅板的化學(xué)成分含量為：cu的含量為不小于99.986wt.％，bi的含量為不大于0.0005wt.％，fe的含量為不大于0.002wt.％，pb的含量為不大于0.0028wt.％，sb的含量為不大于0.0005wt.％，as的含量為不大于0.005wt.％，s的含量為不大于0.3wt.％。

18、進一步地，所述步驟4包括如下步驟：

19、步驟4.1、檢查電子束冷床爐，包括熔煉室真空度、熔煉室漏氣率以及拉錠室真空度；

20、步驟4.2、電子束冷床爐檢查正常后，啟動電子束冷床電源，并依次啟動1#～7#電子槍，然后進料槽開始推料進行熔煉。

21、進一步地，步驟4.1中，所述熔煉室真空度≤1pa，熔煉室漏氣率≤0.3pa/min，拉錠室真空度≤1pa。

22、進一步地，步驟4.2中，所述1#～5#電子槍的電流為4.0a～10.0a，所述6#、7#電子槍的電流為2.5a～8.0a。

23、進一步地，步驟4.2中，熔煉過程中，設(shè)置熔煉室真空度≤10pa，熔煉電壓為29.5kv～30kv，熔煉電流為4.0a～10.0a，熔煉速度為380kg/h～440kg/h。

24、進一步地，熔煉時當未熔煉的原料占總原料質(zhì)量的1/6～1/5時，所述6#、7#電子槍進行補縮，補縮電流為2.5a～8.0a。

25、進一步地，步驟4中，所述冷卻時間≥8h。

26、在熔煉過程中，按照工藝要求選擇合適的電子束掃描圖形，按“少量多次”的原則均勻進料，根據(jù)爐內(nèi)情況調(diào)整進料和拉錠速度，保證澆道、冷床熔液流動順暢，防止發(fā)生熔池過熱、原料堆積、阻礙熔液流動、熔液溢出坩堝或冷床等情況。原料在冷床上經(jīng)過熔化和精煉，然后熔液經(jīng)過澆道流入坩堝中，坩堝中的液態(tài)熔液則不斷由下而上逐步凝固成錠，在拉錠系統(tǒng)的作用下向下緩慢移動進入真空鑄錠室形成鑄錠。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、本發(fā)明提供的一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，通過對電極塊和銅板的布料方式進行了創(chuàng)新改進，采用電極塊夾銅板的布置方式，既保證成分均勻又提升布料效率，還能有效降低成分偏析；同時在熔煉工藝上取得突破，精確控制熔煉電流、熔煉電壓以及熔煉速度，進一步提高了鑄錠的均勻性和質(zhì)量，解決了電子束熔煉爐生產(chǎn)大規(guī)格含cu元素鈦合金鑄錠均勻性控制難度較大的問題，并且可以有效控制cu元素的成分均勻性，使大規(guī)格含cu元素鈦合金鑄錠工業(yè)化、低成本化。

技術(shù)特征：

1.一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述鈦制件為純鈦板；所述海綿鈦包括同批次或者不同批次的0a級低鐵低氧海綿鈦；所述銅制件為銅板。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，所述步驟3的具體過程如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，所述步驟4包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，步驟4.1中，所述熔煉室真空度≤1pa，熔煉室漏氣率≤0.3pa/min，拉錠室真空度≤1pa。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，步驟4.2中，所述1#～5#電子槍的電流為4.0a～10.0a，所述6#、7#電子槍的電流為2.5a～8.0a。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，步驟4.2中，熔煉過程中，設(shè)置熔煉室真空度≤10pa，熔煉電壓為29.5kv～30kv，熔煉電流為4.0a～10.0a，熔煉速度為380kg/h～440kg/h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，熔煉時當未熔煉的原料占總原料質(zhì)量的1/6～1/5時，所述6#、7#電子槍進行補縮，補縮電流為2.5a～8.0a。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，其特征在于，步驟4中，所述冷卻時間≥8h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種含銅元素的大規(guī)格鈦合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：步驟1、準備原料：根據(jù)目標鈦合金鑄錠的成分，所述原料包括鈦制件、海綿鈦、銅制件，按重量百分比計，其中，鈦的含量為90.4％～91.8％，銅的含量為7.8％～9％；步驟2、壓制電極塊：將步驟1準備的海綿鈦裝入模具中，并在油壓機上對海綿鈦進行壓制，得到多塊電極塊；步驟3、布料：按照設(shè)定方式將鈦制件、銅制件和步驟2得到的電極塊在電子束冷床爐上進行布料；步驟4、電子束冷床爐熔煉：將步驟3布料完成的鈦制件、銅制件和電極塊送入電子束冷床爐中，并按照設(shè)定的熔煉參數(shù)進行熔煉，熔煉結(jié)束后進行冷卻，得到目標鈦合金鑄錠。本發(fā)明的鑄錠成分均勻。

技術(shù)研發(fā)人員：張晉,岳旭,肖自江,化濤,曹瑞,王軍,王永強,馬燕兵
受保護的技術(shù)使用者：新疆湘潤新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30