本申請涉及生物醫用金屬材料，更具體地說，是涉及一種高品質tc4鈦合金絲材及其制備方法。

背景技術：

1、隨著醫用金屬材料的發展，鈦及鈦基合金由于其自身所具有的生物相容性、耐腐蝕性、化學穩定性、無細胞毒性的卓越優勢，在植入材料領域表現極其活躍，為了能夠進一步提升tc4鈦合金植入材料的適用范圍，使其能夠單獨植入或與諸如聚醚醚酮、碳纖維等材料復合使用，提升其強度是十分有必要的，tc4鈦合金成分均勻性、一致性和穩定性控制不好會造成絲材力學性能不穩定。現有技術中，制備tc4鈦合金絲材的工藝方案有：

2、公開號為cn117798216a的中國發明專利，公開了一種高性能醫用鈦合金tc4絲材的制備方法，包括以下步驟：(1)真空自耗熔煉：采用1級以上海綿鈦、金屬al、中間合金alv、金屬fe、tio2，三次以上真空自耗熔煉，得到符合gb/t3620.1-2016的tc4鈦合金鑄錠；(2)鍛造、軋制：鍛造溫度為1100℃～1200℃，軋制溫度為900℃～950℃；(3)拉拔，室溫，拉拔速度≤5.0米/分鐘；(4)扒皮，扒皮速度＜3.0米/分鐘；(5)輥模拉絲，輥模拉絲速度≤5.0米/分鐘，變形量提升至25％～35％；(6)滑塊矯直；(7)去應力熱處理，熱處理溫度為550～650℃，保溫，空冷；(8)無心磨削，得到高性能醫用鈦合金tc4絲材。該制備方案所得到的醫用鈦合金tc4絲材的抗拉強度為1007-1248mpa，產品性能波動大。

3、公開號為cn115255021a的中國發明專利，公開了一種航空航天緊固件用大單重tc4鈦盤圓絲材及其制備方法，制備方法包括：步驟1、制備鑄錠；步驟2、鍛造、拔長為圓坯；步驟3、軋制為棒材；步驟4、熱處理；步驟5、粗精拉拔；步驟6、熱處理；步驟7、將經步驟6熱處理后的盤卷絲坯進行定徑和拋光處理，再對盤卷絲坯進行化學涂層處理，最終制得一種航空航天緊固件用大單重tc4鈦盤圓絲材。該制備方案所得到的tc4鈦盤圓絲材的抗拉強度為1001-1022mpa之間，固溶和時效處理后抗拉強度為1209-1283mpa，固溶時效處理前抗拉強度低，處理后強度波動明顯，一致性差。

4、為了能夠提升tc4鈦合金絲材植入材料的力學性能，進一步拓展純鈦植入材料的適用范圍，需要一種tc4鈦合金絲材的制備方法，提升抗拉強度，提供穩定的產品性能。

技術實現思路

1、為解決上述問題，本申請采用的技術方案是一種高品質tc4鈦合金絲材制備方法，按照tc4鈦合金成分配料，采用真空自耗熔煉，獲得鈦錠坯料，將鈦錠坯料進行開坯鍛造，鍛造完成后進行連軋軋制，軋制后得到tc4黑皮絲材，將tc4黑皮絲材加熱至鈦合金β單相區溫度進行初次歸圓，而后將初次歸圓后的絲材加熱至鈦合金α+β兩相區溫度二次歸圓；采用無心車床進行扒皮，得到白皮絲材，將白皮絲材加熱拉拔，得到tc4成品盤圓絲材。

2、可選地，配料用原料包括一級及以上級別的海綿鈦、釩鋁中間合金、鋁豆、還原鐵粉和二氧化鈦。

3、可選地，真空自耗熔煉進行三次以上。

4、可選地，開坯鍛造的溫度為1100℃～1200℃。

5、可選地，連軋軋制的溫度為900℃～950℃，連軋軋制的速度為1m/s～5m/s，連軋軋制中每道次變形量為50％～75％，累積變形量為99.50％以上。

6、可選地，將tc4黑皮絲材加熱至鈦合金β單相區溫度進行初次歸圓，初次歸圓溫度為980-1030℃，而后將初次歸圓后的絲材加熱至鈦合金α+β兩相區溫度二次歸圓，二次歸圓溫度為900-960℃。

7、可選地，加熱拉拔的溫度為700-760℃。

8、可選地，加熱拉拔的拉拔速度為1.5m/min-2.5m/min，每道次加熱拉拔的減徑量為0.15mm-0.20mm。

9、可選地，加熱拉拔工序要求卷筒光滑，加熱拉拔前白皮絲材表面涂覆類金剛石結構涂層。

10、本申請還提供了一種高品質tc4鈦合金絲材，實施前述任一項的高品質tc4鈦合金絲材制備方法制備得到。

11、本申請所提供的一種高品質tc4鈦合金絲材及其制備方法的有益效果在于：

12、1.本申請通過跨相區高溫歸圓工藝，利用溫度-組織-變形之間的耦合作用，在β區進行變形，在晶界集聚應變能；隨著出爐后溫降和變形過程中的溫降，材料進入α+β兩相區，α相在含有大量畸變能的β晶界及附近優先析出，在變形過程中被破碎、球化，同時在晶內形成扭曲的片狀α相。晶界球化的α相均勻、細小，提高了材料的拉伸強度，產品性能一致性強。同時在高溫拉拔過程中絲材表面涂覆類金剛石結構涂層，其具有低摩擦系數、高結合強度和耐熱性能，使得絲材表面質量顯著提高。

13、2.本申請通過對tc4絲材進行跨相區高溫歸圓，制備的鈦合金絲材中α相在晶界附近以均勻、細小的等軸狀存在，經雙重退火熱處理后，晶界和晶內α略有長大。具有該組織的材料室溫拉伸強度較常規提高50mpa以上。采用高溫拉拔，并對高溫拉拔的速度及道次減徑量進行嚴格控制，保證組織均勻化，同時高溫拉拔前，拉拔絲材表面涂覆類金剛石結構涂層，減小摩擦損耗，最終獲得良好的表面質量。

技術特征：

1.一種高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：按照tc4鈦合金成分配料，采用真空自耗熔煉，獲得鈦錠坯料，將所述鈦錠坯料進行開坯鍛造，鍛造完成后進行連軋軋制，軋制后得到tc4黑皮絲材，將所述tc4黑皮絲材加熱至鈦合金β單相區溫度進行初次歸圓，而后將初次歸圓后的絲材加熱至鈦合金α+β兩相區溫度二次歸圓；采用無心車床進行扒皮，得到白皮絲材，將所述白皮絲材加熱拉拔，得到tc4成品盤圓絲材。

2.如權利要求1所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述配料用原料包括一級及以上級別的海綿鈦、釩鋁中間合金、鋁豆、還原鐵粉和二氧化鈦。

3.如權利要求2所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述真空自耗熔煉進行三次以上。

4.如權利要求2所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述開坯鍛造的溫度為1100℃～1200℃。

5.如權利要求2所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述連軋軋制的溫度為900℃～950℃，連軋軋制的速度為1m/s～5m/s，連軋軋制中每道次變形量為50％～75％，累積變形量為99.50％以上。

6.如權利要求2所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：將所述tc4黑皮絲材加熱至鈦合金β單相區溫度進行初次歸圓，初次歸圓溫度為980-1030℃，而后將初次歸圓后的絲材加熱至鈦合金α+β兩相區溫度二次歸圓，所述二次歸圓溫度為900-960℃。

7.如權利要求1所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述加熱拉拔的溫度為700-760℃。

8.如權利要求1所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述加熱拉拔的拉拔速度為1.5m/min-2.5m/min，每道次加熱拉拔的減徑量為0.15mm-0.20mm。

9.如權利要求2所述的高品質tc4鈦合金絲材制備方法，其特征在于：所述加熱拉拔工序要求卷筒光滑，加熱拉拔前所述白皮絲材表面涂覆類金剛石結構涂層。

10.一種高品質tc4鈦合金絲材，其特征在于：實施權利要求1至9中任一項所述的高品質tc4鈦合金絲材拉拔加工方法制備得到。

技術總結
本發明提供了一種高品質TC4鈦合金絲材及其制備方法，涉及生物醫用金屬材料技術領域，包括按照TC4鈦合金成分配料，采用真空自耗熔煉，獲得鈦錠坯料，開坯鍛造，連軋軋制，將TC4黑皮絲材加熱至鈦合金β單相區溫度進行高溫歸圓，而后將高溫歸圓后的絲材加熱至鈦合金α+β兩相區溫度再次高溫歸圓；最后扒皮，高溫拉拔。本申請通過跨相區高溫歸圓工藝，利用溫度?組織?變形之間的耦合作用，在β區進行變形，在晶界集聚應變能；隨著出爐后溫降和變形過程中的溫降，材料進入α+β兩相區，α相在含有大量畸變能的β晶界及附近優先析出，在變形過程中被破碎、球化，同時在晶內形成扭曲的片狀α相。晶界球化的α相均勻、細小，提高了材料的拉伸強度。

技術研發人員：毛耀宗,張亞輝,王振洲,徐春寶,孫瑞辰,杜光豪
受保護的技術使用者：中科銳金（山東）鈦業科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/20