一種帶有梯度層的合金材料及其製備方法
2023-04-25 11:46:36 1
一種帶有梯度層的合金材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有梯度層的合金材料，其創新點在於：由內而外依次是基材層、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、矽和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、矽、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。本發明的帶有梯度層的合金材料分別由內而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應力屏蔽效應，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利於骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用於醫療領域。合金材料的製備方法，工藝步驟簡單，操作方便，且操作參數下製備的合金品質優秀，節約成本的同時，更加保證了較高的生產效率。
【專利說明】一種帶有梯度層的合金材料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種帶有梯度層的合金材料,本發明還涉及一種帶有梯度層的合金材料的製備方法，屬於金屬合金領域。
【背景技術】
[0002]合金，是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經一定方法所合成的具有金屬特性的物質。一般通過熔合成均勻液體和凝固而得。根據組成元素的數目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。合金的生成常會改善元素單質的性質，例如，鋼的強度大於其主要組成元素鐵。合金的物理性質，例如密度、反應性、楊氏模量、導電性和導熱性可能與合金的組成元素尚有類似之處，但是合金的抗拉強度和抗剪強度卻通常與組成元素的性質有很大不同。
[0003]眾所周知，硬質合金具有很高的硬度、強度、耐磨性和耐腐蝕性，被譽為「工業牙齒」，用於製造切削工具、刀具、鈷具和耐磨零部件，廣泛應用於軍工、航天航空、機械加工、冶金、石油鑽井、礦山工具、電子通訊、建築等領域，伴隨下遊產業的發展，硬質合金市場需求不斷加大。並且未來高新技術武器裝備製造、尖端科學技術的進步以及核能源的快速發展，將大力提高對高技術含量和高質量穩定性的硬質合金產品的需求。
[0004]但是眾多的金屬材料無法直接進行醫用的金屬材料，當前醫用的不鏽鋼、鎳鉻鈷合金和鈦合金等金屬硬組織植入材料已被成功應用於臨床，但這些金屬植入人體之後會釋放鉻或鎳等離子，可能導致嚴重的炎症反應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，造成應力遮擋效應，從而影響植入的可靠性。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對現有技術中的不足，提供一種帶有梯度層的合金材料及其製備方法，更加有利於骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用於醫療領域。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:一種帶有梯度層的合金材料，其創新點在於:由內而外依次是基材層、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、矽和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、矽、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
[0007]進一步的，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、矽2.4~4.5份和錳1.6~3.2份。
[0008]進一步的，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份矽、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、矽3.6~4.2份和錳L 9~2.6份。
[0010]進一步的，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份矽、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]本發明的另一個目的是提供一種帶有梯度層的合金材料的製備方法，其創新點在於:具體步驟如下:
(1)製備基材，根據特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預製耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴塗的方式塗覆耐磨防腐層，控制塗覆的厚度為3~10mm，噴塗時間為0.3~0.6h，噴塗速度為0.5~lm/min ； (3)預製抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固後，放入不鏽鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不鏽鋼電解槽中，且與不鏽鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈衝電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈衝時間為10~20min。
[0012]進一步的,所述步驟(2)中的耐磨防腐層塗覆的厚度為6_。
[0013]進一步的，所述步驟(2)中的噴塗時間為0.4h。
[0014]進一步的，所述步驟(3)中施加脈衝電壓的峰值為185V。
[0015]進一步的，所述步驟(3)中施加脈衝頻率為257HZ。
[0016]本發明的有益效果如下:
(I)本發明的帶有梯度層的合金材料分別由內而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應力屏蔽效應，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利於骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用於醫療領域。
[0017](2)本發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、矽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械性能，耐磨性和防腐性，具有很高的實用品質。
[0018](3)本發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份矽、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，可以確保在體溫環境下，擁有良好的耐腐蝕性和抗氧化性。
[0019](4)本發明的帶有梯度層的合金材料的製備方法，工藝步驟簡單，操作方便，且操作參數下製備的合金品質優秀，節約成本的同時，更加保證了較高的生產效率。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發明的技術方案作詳細說明。
[0021]實施例1
一種帶有梯度層的合金材料，其創新點在於:由內而外依次是基材層、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、矽和錳的金屬材料層；抗金屬粉化層為包括碳、矽、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、矽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份矽、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製備方法，其創新點在於:具體步驟如下:
(1)製備基材，根據特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預製耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴塗的方式塗覆耐磨防腐層，控制塗覆的厚度為3~10mm，噴塗時間為0.3~0.6h，噴塗速度為0.5~lm/min ；
(3)預製抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固後，放入不鏽鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不鏽鋼電解槽中，且與不鏽鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈衝電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈衝時間為10~20min。
[0025]本實施例由內而外依次是基材層、耐磨防腐層和抗金屬粉化層組成，可避免應力屏蔽效應，從而增加生物相容性，其中耐磨防腐層和抗金屬粉化層，更加有利於骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用於醫療領域。
[0026]實施例2
一種帶有梯度層的合金材料，其創新點在於:由內而外依次是基材層、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、矽和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、矽、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、矽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份矽、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製備方法，其創新點在於:具體步驟如下:
(1)製備基材，根據特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件；
(2)預製耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴塗的方式塗覆耐磨防腐層，控制塗覆的厚度為3~10mm，噴塗時間為0.3~0.6h，噴塗速度為0.5~lm/min ；
(3)預製抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固後，放入不鏽鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不鏽鋼電解槽中，且與不鏽鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈衝電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈衝時間為10~20min。
[0030]採用本實施例的方式製備的合金材料，在模擬體液的腐蝕電位時，腐蝕電位測量值比普通醫用合金明顯提高。
[0031]實施例3
在實施例1或2的基礎之上，改變製備方法步驟中的步驟(2)中的耐磨防腐層塗覆的厚度為6mm ;步驟(2)中的噴塗時間為0.4h ;步驟(3)中施加脈衝電壓的峰值為185V ;步驟
(3)中施加脈衝頻率為257HZ。
[0032]採用本實施例的方式製備的合金材料，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於骨組織的生長，提高植入人體的生物活性，可以用於醫療領域。
【權利要求】
1.一種帶有梯度層的合金材料，其特徵在於:由內而外依次是基材層、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、矽和錳的金屬材料層；所述抗金屬粉化層為包括碳、矽、錳、磷、鉻、鋁和鈷金屬材料層。
2.根據權利要求1所述的帶有梯度層的合金材料，其特徵在於: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.根據權利要求1所述的帶有梯度層的合金材料，其特徵在於: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.根據權利要求2所述的帶有梯度層的合金材料，其特徵在於: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.根據權利要求3所述的帶有梯度層的合金材料，其特徵在於: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。
6.一種權利要求1所述的帶有梯度層的合金材料的製備方法，其特徵在於:具體步驟如下: (1)製備基材，根據特定需要，將純鎂或純鐵加工成特定形狀的試件； (2)預製耐磨防腐層:將第一步獲得的試件，通過噴塗的方式塗覆耐磨防腐層，控制塗覆的厚度為3~10mm，噴塗時間為0.3~0.6h，噴塗速度為0.5~lm/min ； (3)預製抗金屬粉化層:將第二部獲得的試件，自然冷卻凝固後，放入不鏽鋼電解槽中，保證試件完全浸入到不鏽鋼電解槽中，且與不鏽鋼電解槽之間保持絕緣，施加脈衝電壓的峰值為100~300V，頻率為200~400HZ，控制脈衝時間為10~20min。
7.根據權利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的製備方法，其特徵在於:所述步驟(2)中的耐磨防腐層塗覆的厚度為6mm。
8.根據權利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的製備方法，其特徵在於:所述步驟(2)中的噴塗時間為0.4h。
9.根據權利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的製備方法，其特徵在於:所述步驟(3)中施加脈衝電壓的峰值為185V。
10.根據權利要求6所述的帶有梯度層的合金材料的製備方法，其特徵在於:所述步驟(3)中施加脈衝頻率為257HZ。
【文檔編號】C23C28/02GK104164669SQ201410423774
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】李瑞國 申請人:無棣向上機械設計服務有限公司