一種帶有梯度層的合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有梯度層的合金材料，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層；所述基材層為純鎂或純鐵；所述耐磨防腐層為包含銅、鋅、錫、硅和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、硅、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。本發(fā)明的帶有梯度層的合金材料分別由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利于骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。合金材料的制備方法，工藝步驟簡單，操作方便，且操作參數(shù)下制備的合金品質(zhì)優(yōu)秀，節(jié)約成本的同時(shí)，更加保證了較高的生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種帶有梯度層的合金材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶有梯度層的合金材料,本發(fā)明還涉及一種帶有梯度層的合金材料的制備方法，屬于金屬合金領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]合金，是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據(jù)組成元素的數(shù)目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。合金的生成常會(huì)改善元素單質(zhì)的性質(zhì)，例如，鋼的強(qiáng)度大于其主要組成元素鐵。合金的物理性質(zhì)，例如密度、反應(yīng)性、楊氏模量、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度卻通常與組成元素的性質(zhì)有很大不同。
[0003]眾所周知，硬質(zhì)合金具有很高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽(yù)為“工業(yè)牙齒”，用于制造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件，廣泛應(yīng)用于軍工、航天航空、機(jī)械加工、冶金、石油鉆井、礦山工具、電子通訊、建筑等領(lǐng)域，伴隨下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，硬質(zhì)合金市場需求不斷加大。并且未來高新技術(shù)武器裝備制造、尖端科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及核能源的快速發(fā)展，將大力提高對(duì)高技術(shù)含量和高質(zhì)量穩(wěn)定性的硬質(zhì)合金產(chǎn)品的需求。
[0004]但是眾多的金屬材料無法直接進(jìn)行醫(yī)用的金屬材料，當(dāng)前醫(yī)用的不銹鋼、鎳鉻鈷合金和鈦合金等金屬硬組織植入材料已被成功應(yīng)用于臨床，但這些金屬植入人體之后會(huì)釋放鉻或鎳等離子，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)和減小生物相容性以及引起組織損傷；此外，這些植入人體的彈性模量與天然骨不匹配，造成應(yīng)力遮擋效應(yīng)，從而影響植入的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種帶有梯度層的合金材料及其制備方法，更加有利于骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種帶有梯度層的合金材料，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層；所述基材層為純鎂或純鐵；所述耐磨防腐層為包含銅、鋅、錫、硅和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、硅、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
[0007]進(jìn)一步的，所述耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅40~46.6份、鋅30.2~42.8份、錫2.4~4.5份、硅2.4~4.5份和錳1.6~3.2份。
[0008]進(jìn)一步的，所述抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.02~0.08份、10~25份硅、0.4~0.8份錳、0.02份以下磷、12~22份鉻、8~15份鋁和6~8份鈷。
[0009]進(jìn)一步的，所述耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅42~43.8份、鋅33.2~40.1份、錫2.8~3.9份、硅3.6~4.2份和錳L 9~2.6份。
[0010]進(jìn)一步的，所述抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.04~0.06份、16~22份硅、0.5~0.7份錳、0.01份以下磷、15~20份鉻、10~13份鋁和6~8份鈷。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種帶有梯度層的合金材料的制備方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:具體步驟如下:
(1)制備基材，根據(jù)特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預(yù)制耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴涂的方式涂覆耐磨防腐層，控制涂覆的厚度為3~10mm，噴涂時(shí)間為0.3~0.6h，噴涂速度為0.5~lm/min ； (3)預(yù)制抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固后，放入不銹鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不銹鋼電解槽中，且與不銹鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈沖電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈沖時(shí)間為10~20min。
[0012]進(jìn)一步的,所述步驟(2)中的耐磨防腐層涂覆的厚度為6_。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的噴涂時(shí)間為0.4h。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中施加脈沖電壓的峰值為185V。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中施加脈沖頻率為257HZ。
[0016]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)本發(fā)明的帶有梯度層的合金材料分別由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利于骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。
[0017](2)本發(fā)明的帶有梯度層的合金材料中耐磨防腐層中，添加的銅40~46.6份、鋅30.2~42.8份、錫2.4~4.5份、硅2.4~4.5份和錳1.6~3.2份，選用合適的配比和原料，能夠有效改善金屬材料的機(jī)械性能，耐磨性和防腐性，具有很高的實(shí)用品質(zhì)。
[0018](3)本發(fā)明的帶有梯度層的合金材料中抗金屬粉化層中，碳0.02~0.08份、10~25份硅、0.4~0.8份錳、0.02份以下磷、12~22份鉻、8~15份鋁和6~8份鈷，選用合適的配比和原料，可以確保在體溫環(huán)境下，擁有良好的耐腐蝕性和抗氧化性。
[0019](4)本發(fā)明的帶有梯度層的合金材料的制備方法，工藝步驟簡單，操作方便，且操作參數(shù)下制備的合金品質(zhì)優(yōu)秀，節(jié)約成本的同時(shí)，更加保證了較高的生產(chǎn)效率。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例1
一種帶有梯度層的合金材料，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層；基材層為純鎂或純鐵；耐磨防腐層為包含銅、鋅、錫、硅和錳的金屬材料層；抗金屬粉化層為包括碳、硅、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
[0022]耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅40~46.6份、鋅30.2~42.8份、錫2.4~4.5份、硅2.4~4.5份和錳L 6~3.2份。
[0023]抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.02~0.08份、10~25份硅、0.4~0.8份錳、0.02份以下磷、12~22份鉻、8~15份鋁和6~8份鈷。
[0024]一種帶有梯度層的合金材料的制備方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:具體步驟如下:
(1)制備基材，根據(jù)特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預(yù)制耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴涂的方式涂覆耐磨防腐層，控制涂覆的厚度為3~10mm，噴涂時(shí)間為0.3~0.6h，噴涂速度為0.5~lm/min ；
(3)預(yù)制抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固后，放入不銹鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不銹鋼電解槽中，且與不銹鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈沖電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈沖時(shí)間為10~20min。
[0025]本實(shí)施例由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利于骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。
[0026]實(shí)施例2
一種帶有梯度層的合金材料，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層；所述基材層為純鎂或純鐵；所述耐磨防腐層為包含銅、鋅、錫、硅和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、硅、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
[0027]耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅42~43.8份、鋅33.2~40.1份、錫2.8~3.9份、硅3.6~4.2份和錳1.9~2.6份。
[0028]抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.04~0.06份、16~22份硅、0.5~0.7份錳、0.01份以下磷、15~20份鉻、10~13份鋁和6~8份鈷。
[0029]一種帶有梯度層的合金材料的制備方法，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:具體步驟如下:
(1)制備基材，根據(jù)特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預(yù)制耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴涂的方式涂覆耐磨防腐層，控制涂覆的厚度為3~10mm，噴涂時(shí)間為0.3~0.6h，噴涂速度為0.5~lm/min ；
(3)預(yù)制抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固后，放入不銹鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不銹鋼電解槽中，且與不銹鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈沖電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈沖時(shí)間為10~20min。
[0030]采用本實(shí)施例的方式制備的合金材料，在模擬體液的腐蝕電位時(shí)，腐蝕電位測(cè)量值比普通醫(yī)用合金明顯提高。
[0031]實(shí)施例3
在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)之上，改變制備方法步驟中的步驟(2)中的耐磨防腐層涂覆的厚度為6mm ;步驟(2)中的噴涂時(shí)間為0.4h ;步驟(3)中施加脈沖電壓的峰值為185V ;步驟
(3)中施加脈沖頻率為257HZ。
[0032]采用本實(shí)施例的方式制備的合金材料，耐磨性比普通合金材料高出10~20%，抗金屬粉化層的加入更加有利于骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用于醫(yī)療領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有梯度層的合金材料，其特征在于:由內(nèi)而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層；所述基材層為純鎂或純鐵；所述耐磨防腐層為包含銅、鋅、錫、硅和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、硅、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有梯度層的合金材料，其特征在于:所述耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅40~46.6份、鋅30.2~42.8份、錫2.4~4.5份、娃2.4~4.5份和猛1.6~3.2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有梯度層的合金材料，其特征在于:所述抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.02~0.08份、10~25份娃、0.4~0.8份猛、0.02份以下磷、12~22份鉻、8~15份鋁和6~8份鈷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有梯度層的合金材料，其特征在于:所述耐磨防腐層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:銅42~43.8份、鋅33.2~40.1份、錫2.8~3.9份、娃3.6~4.2份和猛1.9~2.6份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有梯度層的合金材料，其特征在于:所述抗金屬粉化層具體包含以下成分的重量份的金屬材料:碳0.04~0.06份、16~22份娃、0.5~0.7份猛、0.01份以下磷、15~20份鉻、10~13份鋁和6~8份鈷。
6.一種權(quán)利要求1所述的帶有梯度層的合金材料的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)制備基材，根據(jù)特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件； (2)預(yù)制耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴涂的方式涂覆耐磨防腐層，控制涂覆的厚度為3~10mm，噴涂時(shí)間為0.3~0.6h，噴涂速度為0.5~lm/min ； (3)預(yù)制抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固后，放入不銹鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不銹鋼電解槽中，且與不銹鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈沖電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈沖時(shí)間為10~20min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的耐磨防腐層涂覆的厚度為6mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中的噴涂時(shí)間為0.4h。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中施加脈沖電壓的峰值為185V。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中施加脈沖頻率為257HZ。
【文檔編號(hào)】C23C28/02GK104164669SQ201410423774
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】李瑞國 申請(qǐng)人:無棣向上機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司