[發明專利]一種梯度微納結構Ti-TiZnX

在審

• 申請號: 202211040391.0
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115463965A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 李成林;馬力;汪昌順;陳子豪;秦翰釗;梅青松;張國棟;楊兵
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38;C22F1/16;C22F1/18
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 石超群

本發明涉及材料加工領域，具體涉及一種梯度微納結構Ti?TiZn_X層狀復合材料及其制備方法，包括以下步驟：將純鈦片和純鋅片切割成相同大小并清潔表面后依次間隔疊放并固定，得到疊層片材；將得到的疊層片材進行復合軋制處理：先在一定溫度下進行熱軋，再進行冷軋，實現純鈦與純鋅片材的初步結合，得到純鈦?純鋅結合樣品；將軋制后的純鈦?純鋅結合樣品在一定溫度下進行擴散熱處理，在相鄰純鈦片層中間的鋅層區域內形成TiZn₃及TiZn_X化合物的梯度微納結構，即得到所述梯度微納結構Ti?TiZn_X層狀復合材料。本發明制備的復合層純鈦基體與化合物層結合力強，在純鈦層之間形成了鈦鋅元素的復合區，復合區內成分和組織梯度分布。

技術領域

本發明涉及材料加工領域，具體涉及一種梯度微納結構Ti-TiZn_X層狀復合材料及其制備方法。

背景技術

鈦及鈦合金因為密度小，比強度高的特點被廣泛用于航空航天領域。此外，由于質量較輕、彈性模量低、綜合力學性能優異，以及無毒、良好的耐腐蝕性和生物相容性等特點，鈦被廣泛用于骨移植材料、牙科植入物、介入治療支架等場景、同時也是手術器械的良好原材料。但鈦材料本身還存在著彈性模量與人骨相比仍略高，表面活性差等缺點，這些都影響著鈦生物相容性的發揮，不能滿足臨床應用的多種需求，而合金化工藝是降低純鈦彈性模量，提高材料強度的有效途徑。

鋅是人體內必須的微量元素之一，在促進人體生長發育、合成人體多種必須酶、增強人體免疫力、維持人體正常食欲等方面發揮著重大作用，享有“生命之花”、“智力之源”等美譽。鋅具有良好的生物相容性，植入人體后，沒有明顯的慢性炎癥反應、壞死或增生反應。同時，鋅在人體環境中會自發降解消失，降解的同時沒有氫氣產生。得益于良好的生物特性和可降解特性，鋅被廣泛用作人體植入材料，在人體修復中發揮重大作用。但鋅的力學性能較差，無法滿足植入后承載部位的性能需求；同時鋅在人體的降解速度難以控制，當Zn⁺在人體內的含量超過閾值時會導致神經毒性；這些又限制了鋅的自由醫用。

有機結合鈦或鈦合金的力學、耐蝕性能和可降解金屬鋅的生物特性是目前生物醫用金屬領域的研究重點和熱點，也是國內外醫用金屬應用高強、低彈、細胞有效生長和融合的迫切需求。已有研究表明，鈦和鋅在載體中一起植入生物體時，鋅離子具有“促進骨生成”和“改善鈦植入體穩定性”的作用。然而，鈦和鋅真正復合還是醫用材料領域的研究盲點。因此，在鈦和鋅之間開發出一種“物相均勻，既能發揮鈦良好的力學作用，又能可控地發揮鋅作為人體必須微量元素的生物作用，并使兩者互相促進功能發揮”的復合結構，并形成明晰的復合結構制備方法，是亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種梯度微納結構Ti-TiZn_X層狀復合材料的制備方法，解決現有液態成型方式難以制備鈦鋅間化合物，以至于鈦鋅兩種材料難以實現復合醫用的難題，提供了一種鈦鋅間不同金屬化合物層梯度分布且晶粒尺寸均在微納級的復合結構及其制備方法。

本發明的目的之二在于提供一種梯度微納結構Ti-TiZn_X層狀復合材料，在相鄰純鈦片層的鋅層區域形成了TiZn₃、TiZn_X等不同原子比的鈦鋅化合物的納米級梯度分層結構。

本發明實現目的之一所采用的方案是：一種梯度微納結構Ti-TiZn_X層狀復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將純鈦片和純鋅片切割成相同大小并清潔表面后依次間隔疊放并固定，得到疊層片材；

(2)將步驟(1)得到的疊層片材進行復合軋制處理：先在一定溫度下進行熱軋，再進行冷軋，實現純鈦與純鋅片材的初步結合，得到純鈦-純鋅結合樣品；