本发明属于金属生物材料，具体涉及一种低模量高强度的近β-钛合金及其制备方法。
背景技术：
1、金属生物材料作为结构生物材料具有最悠久的历史，主要用于植入人体修复骨骼、关节牙齿以及血管等。最开始使用的医用不锈钢和co-cr合金的弹性模量远高于人骨，容易引起“应力屏蔽”效应而导致植入物失效，无法满足长期使用的要求。钛及钛合金因具有高比强度、低弹性模量、优异的生物相容性和耐腐蚀性等综合特性，成为当前生物医用金属材料领域的研究热点和重要候选材料。
2、对于钛合金而言，关键特性在于选择具有类似于人骨的低模量，以避免刚度不匹配和应力遮挡问题。因此，对于钛合金的特性研究，从弹性模量入手加速开发新型优异钛合金。亚稳态β-ti或近β-ti合金在设计时具有较低的弹性模量，采用无毒元素的灵活组合。因此，长期以来，它们一直被认为是生物材料的良好选择。由于β-ti合金的弹性模量与β相稳定性之间有很强的相关性，因此对于近β-ti合金进行进一步成分和工艺的耦合设计以降低模量对于医用钛合金的发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种低模量高强度的近β-钛合金及其制备方法，本发明通过元素掺杂和冷轧退火工艺降低合金的弹性模量，解决了现有技术中钛合金存在的模量较高且强度不高这一问题。
2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
3、一种低模量高强度的近β-钛合金，其化学通式为ti80-x-ynb20zrxsnytaz，其中，2≤x＜6，1≤y＜3，2≤z＜5。
4、优选的，所述低模量高强度的近β-钛合金的弹性模量为28.9-52.5gpa。
5、本发明还提供了如上所述低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，包括如下过程：
6、利用非自耗真空电弧熔炼法，在保护气氛下，将所述的低模量高强度的近β-钛合金的原料熔化，并在磁搅拌下使熔化的金属液混合均匀，再经若干次翻面和熔炼后获得多晶铸锭；
7、将所述多晶铸锭进行固溶处理，保温结束后进行水冷淬火；
8、对经水冷淬火后的多晶铸锭进行冷轧，得到预设厚度的冷轧板材。
9、优选的，低模量高强度的近β-钛合金的原料采用纯度在99.9％以上的纯ti金属颗粒、nb金属颗粒、zr金属颗粒、sn金属颗粒和ta金属颗粒。
10、优选的，利用非自耗真空电弧熔炼法，在保护气氛下，将所述的低模量高强度的近β-钛合金的原料熔化时：
11、真空度为5×10-3pa以上，保护气氛为氩气，充入氩气保护气至0.05mpa，熔炼电流为350-500a。
12、优选的，翻面次数不少于5次。
13、优选的，将所述多晶铸锭进行固溶处理时：固溶处理温度为995-1005℃，处理时间为55-65min。
14、优选的，对经水冷淬火后的多晶铸锭进行冷轧时：
15、控制每道次下压量为0.03-0.05mm，总冷轧变形量为40％-80％，冷轧板材最终厚度为0.6-1.8mm。
16、优选的，本发明上述方法还包括如下过程：
17、对冷轧板材进行真空去应力退火，之后水冷淬火。
18、优选的，真空去应力退火的温度为400-500℃，退火时间0.5-1h。
19、本发明具有如下有益效果：
20、本发明低模量高强度的近β-钛合金在室温拉伸可以发现其具有28.9gpa的极低模量，712mpa的抗拉强度、687mpa的屈服强度以及13％的延伸率。根据x射线衍射(xrd)图谱，可以看出样品表现出明显的α″或ω衍射峰，这些结果证明了稳定性较低的bcc-β相伴有淬灭的ω或α″马氏体，因此制备的ti合金的具有极低模量。本发明通过在钛合金掺杂了生物相容性较好的4种元素从而对钛合金的晶粒尺寸进行调控。
21、本发明制备方法中，通过冷轧和退火这些简单工艺方法制备了板状形态的近-β钛合金。对合金样品进行冷轧退火后，晶粒细化和位错密度增加导致钛合金的抗拉强度和屈服强度不同程度增加。孪晶形成、晶粒细化和织构演变的共同作用导致合金的弹性模量降低。
22、进一步的，本发明在去应力退火的过程中，该体系合金的模量随着ω相及α相的析出被抑制而导致模量的降低。本发明所采用的工艺方法制备得到的ti-nb-zr-sn-ta钛合金板材可满足未来生物医学的需求。
1.一种低模量高强度的近β-钛合金，其特征在于，其化学通式为ti80-x-ynb20zrxsnytaz，其中，2≤x＜6，1≤y＜3，2≤z＜5。
2.根据权利要求1所述的一种低模量高强度的近β-钛合金，其特征在于，所述低模量高强度的近β-钛合金的弹性模量为28.9-52.5gpa。
3.权利要求1或2所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
4.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，低模量高强度的近β-钛合金的原料采用纯度在99.9％以上的纯ti金属颗粒、nb金属颗粒、zr金属颗粒、sn金属颗粒和ta金属颗粒。
5.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，利用非自耗真空电弧熔炼法，在保护气氛下，将所述的低模量高强度的近β-钛合金的原料熔化时：
6.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，翻面次数不少于5次。
7.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，将所述多晶铸锭进行固溶处理时：固溶处理温度为995-1005℃，处理时间为55-65min。
8.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，对经水冷淬火后的多晶铸锭进行冷轧时：
9.根据权利要求3所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，还包括如下过程：
10.根据权利要求9所述的低模量高强度的近β-钛合金的制备方法，其特征在于，真空去应力退火的温度为400-500℃，退火时间0.5-1h。
