[發明專利]一種表面改性的鈦合金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010562980.X
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111593298A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 彭國令;黃翀;劉立斌
• 申請（專利權）人: 長沙新材料產業研究院有限公司;中南大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;C23C16/02;C23C16/27;C23C16/511;C23C16/52
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發明公開一種表面改性的鈦合金材料及其制備方法，該鈦合金材料包括鈦合金和金剛石薄膜，鈦合金的表面具有周期性的微納結構，金剛石薄膜包覆在微納結構的表面；該制備方法包括S1利用激光切割方式或者微納加工方式在鈦合金的表面制備周期性的微納結構；S2利用金剛石研磨膏對所述微納結構的表面進行研磨或者將經過步驟S1的鈦合金放入含有金剛石納米粉的溶液中進行超聲；S3在經過步驟S2的微納結構的表面生長金剛石薄膜，獲得表面改性的鈦合金材料。本發明提供的制備方法制備得到的鈦合金材料其表面沉積出了高質量的多晶金剛石薄膜，且制備效率顯著提高。

技術領域

本發明涉及鈦合金技術領域，尤其是一種表面改性的鈦合金材料及其制備方法。

背景技術

眾所周知，鈦合金因其高耐腐蝕性、高力學強度、低密度以及良好的生物相容性等優點，是作為生物醫學常用材料。然而，鈦合金摩擦性能較差，磨損的碎片進入生物體內，可能引起毒性反應，同時在微生物腐蝕和電化學腐蝕的作用下，極大的影響使用壽命。因此，改善鈦合金的表面性能具有重要的醫學價值。高質量金剛石薄膜具有高硬度、優異耐磨性能、低摩擦因數、強化學惰性、良好生物相容性、高熱傳導率等優異的理化性能，是應用于鈦合金表面改性的理想材料，從而提高鈦合金材料的耐磨性、抗腐蝕性，降低其表面摩擦系數，改善其生物相容性。

金剛石還具有高禁帶寬度、寬光譜透過率等優點，可以應用于精密機械加工、生物醫學、熱沉、MEMS、芯片、光學窗口、寶石等領域，目前在多種金剛石薄膜的合成方法中，微波等離子體化學氣相沉積法(Microwave plasma chemical vapor deposition，MPCVD)由于沒有雜質的引入，被認為是合成高質量、大面積的金剛石薄膜的最優方法。

現有技術中，部分的相關研究顯示，在鈦合金表面高效制備高質量的金剛石層具有比較大的困難，羅建軍在鈦工業進展期刊發文《在鈦表面上微波等離子輔助化學氣相沉積金剛石涂層》，發現在金剛石晶體形核期間，碳源濃度必須保持在高比例以期獲得最大的形核密度此后碳源濃度比例必須降低至一個低值以期獲得晶型完整的高質量的金剛石涂層，但是生長速率極慢，且生長質量無法控制。Lambda Technologies在Ti以及Ti-6Al-4V表面，采用MPCVD方法沉積金剛石薄膜，但是SEM表征形貌較差，Raman表征顯示，SP2雜質較多，且生長速率在nm級別。Shane A.Catledge and Yogesh K.Vohra使用MPCVD方法，在Ti-6Al-4V生長多晶金剛石膜，Raman表征SP2雜質相較多，1332cm^-1特征峰幾乎無法顯示，且生長速率在nm級別。如何在鈦合金表面高效率的制備高質量的金剛石膜，是目前困擾行業的難題。

發明內容

本發明提供一種表面改性的鈦合金材料及其制備方法，用于克服現有技術中制備效率低、產品質量不高等缺陷。

為實現上述目的，本發明提出一種表面改性的鈦合金材料，所述鈦合金材料包括鈦合金和金剛石薄膜；

所述鈦合金的表面具有周期性的微納結構，所述金剛石薄膜包覆在所述微納結構的表面。

為實現上述目的，本發明還提出一種表面改性的鈦合金材料的制備方法，所述制備方法包括：

S1：利用激光切割方式或者微納加工方式在鈦合金的表面制備周期性的微納結構；

S2：利用金剛石研磨膏對所述微納結構的表面進行研磨或者將經過步驟S1的鈦合金放入含有金剛石納米粉的溶液中進行超聲；

S3：在經過步驟S2的微納結構的表面生長金剛石薄膜，獲得表面改性的鈦合金材料。

與現有技術相比，本發明的有益效果有：