本发明涉及zr-nb合金，尤其涉及一种双动髋关节zr-nb合金的制备方法。
背景技术：
1、双动髋关节通常由髋臼部件和股骨部件组成，一般采用钛合金、钴铬钼、不锈钢、超高分子量聚乙烯、陶瓷等材料制成，根据人体髋关节的形态、构造及功能设计，替换髋关节的一个或两个关节面，通过关节面的几何形状来限制其在一个或多个平面内的平移和旋转。
2、zr-nb合金是一种以锆为基加入元素铌组成的二元合金，其基本组成为zr-1％nb和zr-2.5nb％。这种合金具有良好的抗蚀性能，特别是在300～400℃高温高压水和蒸汽环境中，其抗蚀性能和力学性能表现优异，而zr-nb合金的耐腐蚀性和机械性能得益于其独特的微观结构和表面形成的钝氧化物。研究表明，这种合金的溶解度和耐腐蚀性与其沉淀的微观结构以及α矩阵的溶质含量密切相关。通过不同的热退火处理，可以产生具有优异耐腐蚀性能的细微结构和表面钝氧化物。目前，因zr-nb合金具有较好的力学性能、耐腐蚀性以及良好的生物相容性而被逐渐应用于生物医学植入材料，特别是zr-2.5nb合金。但是zr-2.5nb合金的表面硬度比较低，耐磨性较差，制约了其在人工关节中的广泛的应用。另外，zr-2.5nb合金应用于生物医用领域时，因其弹性模量(大于70gpa)高于人体骨骼，长期植入人体时会造成不匹配，特别是运动过于激烈时，易造成个人骨骼受损，严重时，甚至导致骨头断裂，因此需要进一步降低材料的弹性模量。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双动髋关节zr-nb合金的制备方法，解决上述的传统技术问题。
2、本发明采用如下技术方案实现：
3、一种双动髋关节zr-nb合金的制备方法，所述双动髋关节zr-nb合金包括如下重量百分比的组分：
4、nb 1.0-2.5％，mo 0.3-1％，ti 0.7-1.2％，si 0.2-0.6％，sn 1.0-2.0％；余量为zr及其不可避免的杂质；
5、所述制备方法包括如下制备步骤：
6、s1：分别配制如下设计的中间合金：含10％wt％的锆铌合金、含10％wt％的锆钼合金、含10％wt％的锆钛合金、含10％wt％的锆硅合金、含10％wt％的锆锡合金；上述中间合金均在真空保护气氛下熔炼浇注成锭；
7、s2：称取如下重量份的组分：
8、无氧纯锆28-68份，锆铌合金10-25份，锆钼合金3-10份，锆钛合金7-12份，锆硅合金2-6份，锆锡合金10-20份；
9、将按比例配制的无氧纯锆、锆铌合金、锆钼合金、锆钛合金放置在真空粒化机熔炼室的的石墨坩埚内，将锆硅合金和锆锡合金放置在二次加料斗内；原材料及中间合金放置在石墨坩埚中，抽真空到10pa～20pa，然后充入工业纯氩；升温到2650℃～2700℃，待炉料全部熔清，通过机械搅拌装置对金属液进行搅拌，使其温度均匀和成分均匀；接着，降温到2000℃～2200℃，启动二次加料装置，将锆硅合金和锆锡合金加入，带炉料熔清后，启动机械搅拌装置，使金属液成分均匀和温度均匀；接着，将温度降温到1000℃～1200℃，保温1h-1.5h，得到合金铸锭；然后，将合金铸锭进行固溶处理、淬火处理和中间退火处理，将其锻造成所需形状的坯料(如双动髋关节)；最后，进行结晶退火处理，即得。
10、在本发明中，zr(锆)，是合金的基本组成元素，在生物医学领域中也显示出良好的生物相容性。锆对多种酸、碱和盐具有优异的抗腐蚀性，在高温下可以与多种元素反应，形成固溶体，这使得它可以作为合金元素来改善其他金属的性能。
11、nb(铌)，铌的添加，有助于改善锆合金的塑性和加工性能，还可以提高锆合金的抗氧化性和抗碱金属腐蚀性能。
12、mo(钼)，钼的添加，能够细化晶粒，增强合金的硬度和强度，进而提高耐磨性，同时，mo和nb的结合，能够进一步地增加合金的耐磨性，但含量高时会降低合金的断裂韧性。
13、ti(钛)，钛的添加，能与zr、nb作用，形成较强的键，起到固溶强化的作用，但含量高时会降低合金的耐热性。
14、si(硅)，添加微量的si元素，可以细化第二相粒子，降低合金再结晶度，并提高合金的强度和硬度，但含量高时会降低合金的塑性，使得合金在加工过程中更容易开裂。
15、sn(锡)，可有效改善合金的耐蚀性，降低合金熔点。但是过高时会影响合金的韧塑性。
16、综上，鉴于上述zr、nb、mo、ti、si和sn的性能，本发明的双动髋关节zr-nb合金是在zr-nb合金的基础上，通过引入了mo、ti、si和sn等元素，实现固溶强化、细晶强化、第二相强化等多种强化机制，在保证合金的生物相容性的基础上，提高其表面硬度及耐磨性，同时，zr、nb、mo、ti、si和sn等元素对人体无毒及无副作用，在人体植入应用时，能够有效地提高耐磨性能，进而提高其使用寿命。
17、进一步地，双动髋关节zr-nb合金包括如下重量百分比的组分：
18、nb 1.0-2.5％，mo 0.5-0.8％，ti 0.9-1.1％，si 0.4-0.6％，sn 1.0-2.0％，余量为zr及其不可避免的杂质。
19、进一步地，所述其不可避免的杂质的总含量不超过0.1％。
20、进一步地，所述si与所述sn的质量比为0.2-0.3，即控制si/sn比介于0.2-0.3之间，以提高材料的冶金铸造性能。
21、进一步地，在步骤s1中，无氧纯锆为含锆量99.95wt％的无氧纯锆。
22、进一步地，在步骤s1中，含10％wt％的锆铌合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含铌量99.95wt％的无氧纯铌配制而成；
23、含10％wt％的锆钼合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含钼量99.95wt％的无氧纯钼配制而成；
24、含10％wt％的锆钛合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含钛量99.95wt％的无氧纯钛配制而成；
25、含10％wt％的锆硅合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含硅量99.95wt％的无氧纯硅配制而成；
26、含10％wt％的锆锡合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含锡量99.95wt％的无氧纯锡配制而成。
27、进一步地，在步骤s2中，固溶处理的温度为800℃-900℃，时间1h-3h，水冷。
28、进一步地，在步骤s2中，淬火处理的温度为800℃-900℃。
29、进一步地，在步骤s2中，退火处理的温度为600℃-700℃。
30、进一步地，在步骤s2中，结晶退火处理的温度为650℃-750℃。
31、相比现有技术，本发明的有益效果在于：
32、1、本发明的双动髋关节zr-nb合金的制备方法通过采用先制备中间合金，再将中间合金经过真空熔炼、二次加料等步骤，将各成分均匀和温度均匀，最后经过固溶、淬火、中间退火和结晶退火，实现固溶强化、细晶强化、第二相强化等多种强化机制，并在其表面生成钝氧化物，在保证合金的生物相容性的基础上，提高其耐腐蚀及耐磨性能。
33、2、本发明的双动髋关节zr-nb合金是在zr-nb合金的基础上，通过引入了mo、ti、si和sn等元素，实现固溶强化、细晶强化、第二相强化等多种强化机制，在保证合金的生物相容性的基础上，提高其表面硬度，同时，zr、nb、mo、ti、si和sn等元素对人体无毒及无副作用，在人体植入应用时，能够有效地提高耐磨性能，进而提高其使用寿命。
34、3、本发明的双动髋关节zr-nb合金的抗拉强度rm大于650mpa，弹性模量在70gpa以下，满足双动髋关节等生物医用领域的应用要求。
1.一种双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，所述双动髋关节zr-nb合金包括如下重量百分比的组分：
2.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，所述双动髋关节zr-nb合金包括如下重量百分比的组分：
3.根据权利要求2所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，所述其不可避免的杂质的总含量不超过0.1％。
4.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，所述si与所述sn的质量比为0.2-0.3。
5.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，无氧纯锆为含锆量99.95wt％的无氧纯锆。
6.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，含10％wt％的锆铌合金采用含锆量99.95wt％的无氧纯锆与含铌量99.95wt％的无氧纯铌配制而成；
7.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，固溶处理的温度为800℃-900℃，时间1h-3h，水冷。
8.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，淬火处理的温度为800℃-900℃。
9.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，退火处理的温度为600℃-700℃。
10.根据权利要求1所述的双动髋关节zr-nb合金的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，结晶退火处理的温度为650℃-750℃。
