Co基合金功能性构件及其制造工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种Ｃｏ基合金，其含有Ａｌ含量为３～１５％的二元体系的基本组成，且该Ｃｏ基合金具有层状结构，其中ｆ．ｃ．ｃ．结构的α相和β（Ｂ２）相彼此叠合，通过从表面层选择性除去α相或β相修饰该Ｃｏ基合金使其具有利于保留化学物质能力、缓释性、生物适应性等的多孔表面层区域。作为第三组分，可包含总量为０．００１～６０％的选自Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂ、Ｃ和Ｐ中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及Co基合金功能性构件，其具有能够赋予其各种功能的多 孔表面层，还涉及该Co基合金功能性构件的制造工艺。
技术介绍
由于钴基合金具有优异的抗蚀性和机械强度，其在医疗设备、生物 力学材料(biomechanical materials)和耐磨性材料等用途中广泛应用。加入 Cr、 Ni、 Fe、 Mo、 C等可以进一步改善其特性，例如抗蚀性、抗氧化性、 a相的稳定性和材料的强化。已经提出了各种强化方法例如固溶强化、 析出强化和加工硬化方法。常规的强化方法基于金属结构，其中a单相或第二相在a相中连续 析出(专利文件1和2)。尽管通过第二相析出使Co基合金具有更高的强 度特性，由于对使用条件或细线化和小型化的强烈需求，需要更高的强 度特性。涉及层状结构的强化方法也应用于其它合金体系， 一个典型的实例 是在铁质材料中观察到的珠光体相变。当通过珠光体相变形成铁氧体和 渗碳体的层状结构时，铁质材料被高度强化。作为利用层状结构强化材料质量的方法，本专利技术人介绍了专利文件3 中具有层状结构的Cu-Mn-Al-Ni合金，且非专利文件4中报导了具有层 状结构的Co-Al 二元合金。由于Co-Al合金具有层状结构(其中软a相和 硬卩相重复排列且它们的间距非常小)，因此即使将其制成非常细的线或 将其小型化，其也可用作能够维持所需强度的设备材料。专利文件1: JP 7(1995)-179967A专利文件2: JP 10(1998)-140279A专利文件3: JP 5(1993)-25568A非专利文件4: P. Zieba， Acta mater. Vol. 46. No.l (1998) pp.369-37
技术实现思路
本专利技术人研究了各种用于改善具有层状结构的Co基合金的功能性同 时利用其优异的特性的方法。结果发现，当具有层状结构的ot相或卩相 被选择性地除去时，Co基合金的表面层区域会多孔化。本专利技术的目的在于基于该发现提供一种Co基合金功能性构件，通过 从Co基合金的表面选择性除去ot相或P相而修饰Co基合金，使其具有能 够赋予其多种功能的多孔表面层。本专利技术的Co基合金功能性构件包括含有3 15 wt% Al的基材，所述 基材具有层状结构，其中f.c.c.结构的(x相和P相于层中重复叠合，且基 材的表面通过选择性除去a相或j3相而被修饰为具有多孔结构。在下文中，合金组分的含量将简单地以％表达，而其它的比率则以VOl。/。和面积n/。表达。Co-Al二元合金以层状结构析出，其中f.c.c.结构的a相和(3(B2)相在固化过程或固溶处理后的时效处理中于层中彼此叠合。Co-Al二元体系是 基本组成，如果需要，可加入第三组分。使用选自表1中的至少一种元 素作为第三组分。对于作为第三组分， 一种或多种元素的总加入量为 0.001~60%。表1示出了可添加的第三组分，以及其加入量与析出物之间的关系。表l:依据于第三组分的类型的加入量 形成的主要析出物<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table>在加入了第三组分的体系中，Lh型Y，相、D(h9型析出物和M23C6 型碳化物在(x相中形成，使具有层状结构。当选择性除去Lh型y'相、 DOw型析出物和M23C6型碳化物后或反过来选择性除去a相后留下Ll2 型Y'相、D0i9型析出物和M23C6型碳化物时，在Co基合金表面形成由层 状结构而来的多孔结构。在下文中，如需要，将通过P相说明Ll2型Y'相、D0,9型析出物和M23C6型碳化物。在固化已经制备并溶解的具有预定组成的Co基合金的过程中形成层状 结构。除了向通常的模具注入Co基合金的冷却方法以外，还可以采用单向 固化或利用从熔体生长晶体所用的装置(例如布里奇曼下降炉(Bridgman furnace))的固化方法。Co基合金在900 1400°C下进行固溶处理，接下来， 在500 900°C下进行时效处理，得到f.c.c.结构的a相和卩(B2)相于层中重 复排列的层状结构。当从具有层状结构的Co基合金选择性除去a相和P相时，Co基合 金的表面层被修饰从而具有多孔结构，其中在残余相上形成晶胞骨架(cell skdeton)。单独地或组合地使用物理抛光、化学抛光或电化学抛光选择性 除去a相和(3相。将多种物质浸渍、吸附或结合到具有多孔结构的Co基 合金的表面层时，其具有依赖于该物质的特性。附图说明图l是Co-Al二元相图，其用于说明层状结构的形成机理。 图2是SEM图象，其显示由Co-Al 二元合金形成的层状结构通过电 解抛光成孔。具体实施例方式将多种元素与Co混合形成类似于钢中的珠光体结构的层状结构，并6对添加的元素与该结构的关系进行研究。结果发现，为了形成不连续析 出物，在高温区域具有高固溶度极限并在低温区域具有低固溶度极限的合金组分能有效形成层状结构，其中，对于层状结构，Al是有效的元素。 具体而言，在冷却和固化过程中对含有适量的Al的Co-Al 二元合金进行 受控冷却或时效处理时，形成具有f.c.c.结构a相基质和p(B2)相的层状 结构。a相具有面心立方(f.c.c.)晶体结构。如Co-Al 二元相图所示，a相为 Co中固溶有Al的相，且其在低温下可转化成h.c.p.结构的马氏体相。在 Co-Al二元体系中，p相与a相平衡，且具有B2型晶体结构。另一方面， 在加入了适量的第三组分的体系中，也析出Ll2型Y，相、DO^型析出物 和M23C6型碳化物等。能够通过X射线衍射，TEM观察等辨别出各种析 出物。该层状结构为复相结构，其中a相和晶相或析出相在层中彼此叠合。 a相和晶相或析出相的层间距(层间隙)越小，观察到的韧度越好。通过以a' — a + (3表示的不连续析出形成层状结构。尽管a'相与a 相相同，a'相的界面处有浓度差，且母相的溶质浓度不会改变。在图1 的Co-Al二元体系中，在a单相区域中进行热处理，然后在预定的a +卩 两相区域中进行热处理时，出现不连续析出。在大多数不连续析出的情 况下，两相以晶界为起点并生长为称为晶团(colony)的集团(group)， 且形成了 a相与p相于层中重复地彼此叠合的层状结构。对于层状结构的形成机理存有多种学说。举例如下*在晶界中析出的析出物与晶界不匹配，且其与母相匹配或半匹 配，因此由于能量的不均衡，晶界朝析出物与晶界的界面方向移 动，通过晶界迁移的重复形成层状结构；和 *当晶界迁移发生时，析出物在该过程中于晶界中形成，且当晶界进一步迁移时，它们则变成层状结构。 多种因素，例如母相和析出相的表面能、应变能和熔点的差别和温 度都与层状结构的反应相关，这样使形成机理的解释变得复杂，但是在 任何情况下，均为晶界反应型析出。一般而言，当达到约0.75 0.8Tm (Tm:熔点的绝对温度)时，在高温区域下以晶格扩散为主，在低温区域下则以 晶界扩散为主时，可以说，在相对较低的温度下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｃｏ基合金功能性构件，其包括：含有３～１５ｗｔ％Ａｌ的Ｃｏ－Ａｌ二元合金的基材；和层状结构，其占有率为３０ｖｏｌ％或更多，其中ｆ．ｃ．ｃ．结构的α相和β（Ｂ２）相以１００μｍ或更小的层间距于层中重复排列，且通过选择性除去 α相或β（Ｂ２）相修饰所述基材表面，使其具有多孔表面层区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石田清仁，山内清，贝沼亮介，须藤祐司，大森俊洋，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：JP[日本]