一种抗菌材料增材、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于金属材料技术领域，公开了一种抗菌材料增材、制备方法及其应用，将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，或，利用特定比例的钛铜合金铸锭，采用等离子旋转电极，等离子雾化或气雾化方法制备球型合金粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；对加工后的制品进行热处理，并在炉内冷却后再进行热等压处理；进行均匀化处理；进行时效性处理，即可。本发明专利技术提供了一种合金的增材制造生产方法和后处理工艺，相较于抗菌涂层可使常用的钛及钛合金拥有长效的抗菌效果。本发明专利技术可利用增材制造优势加工特定比例的混合材料，赋予传统钛基材料的抗菌特性，后处理工艺可以平衡零件的力学性能和抗菌效果。

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌材料增材、制备方法及其应用
本专利技术属于金属材料
，尤其涉及一种抗菌材料增材、制备方法及其应用。
技术介绍
目前，增材制造(AM)或称3D打印是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造的新兴制造技术，在个性化定制、复杂结构部件制备等方面具有与医疗应用结合的显著优势。钛和钛合金由于良好的机械性能，生物相容性和耐腐蚀性，是目前增材制造应用最广泛的金属材料，并可作为植入物用于人体内部环境。结合增材制造的多孔结构，比如类似骨小梁结构可促进组织生长和投放药物。但时常手术后医疗植入物周围的细菌感染已成为常见的问题，可能会导致植入物导引失败，给患者带来痛苦。这是细菌形成的生物膜彼此粘附会在植入物表面产生一层薄膜，从而导致炎症。植入物表面周围的炎症影响硬以及围绕植入物的软组织。它可能导致牙龈缩回和骨组织吸收。特别是后者将长期严重影响植入物长期而言，会使植入物失去功能并失败。因此，在细菌开始形成细菌之前，找到一种杀死细菌的方法至关重要生物膜，以避免植入失败。铜元素具有广谱抗菌效果和低廉的价格是理想的辅助添加元素，少量的溶解的铜对人体有益，并且起着作用作为许多酶的辅助因子。现有抗菌方式多为在材料表面做抗菌涂层，运用酸，碱，热处理及氧化表面改性技术获得一定的抗细菌感染的能力，但其抗菌性在长期的使用中存在表面区域性与时间上的长效性问题。常规合金植入体通常采用锻造方法制备，但由于其弹性模量远高于人体骨，易引起“应力屏蔽”现象，从而导致手术失败。增材制造的多孔结构可以降低合金植入体的弹性模量，且通过调节孔径大小可以个性化匹配患者，并且有诱导人体细胞长入的优势，是未来植入体材料重要的发展方向。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的增材制造材料不具备抗菌功能，抗菌效果不佳。解决以上问题及缺陷的难度为：在常规材料的增材制造工艺及热处理体系下加入抗菌元素，需要平衡材料的抗菌性和机械性能。比如铜元素在特定比例范围类，随着铜元素浓度的提高会提高材料的抗菌效果。但是随着铜元素浓度的提高，材料的强度会提高而弹性会减弱。而弹性模量是植入体材料的重要指标，对材料的多孔结构设计有决定性的作用。解决以上问题及缺陷的意义为：在抗菌元素有效浓度的范围内匹配增材制造及热处理工艺，可以满足医疗复杂多元的应用场景。例如，承重骨和非承重骨不同的力学性能和抗磨损要求；口腔环境有复杂的菌群，如果不是种植体，材料更侧重于抗菌性而非力学性能；也可制造抗菌定制化医疗器具。拥有稳定长效抗菌效果的高性能材料更能满足医疗行业的发展需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种抗菌材料增材、制备方法及其应用。本专利技术是这样实现的，一种抗菌材料增材制备方法，所述抗菌材料增材制备方法包括：步骤一，将原材料进行混合或处理得到原材料粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；步骤二，对加工后的制品根据应用场景的需求进行热处理，或在炉内冷却后再进行热等压处理；或进行辅助均匀化处理；或进行时效性处理，即可。进一步，步骤一中，所述将原材料进行混合或处理得到原材料粉末包括：将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，并在混粉器中机械混合4-10h；或，利用特定比例的钛铜合金铸锭，采用等离子旋转电极，等离子雾化或气雾化方法制备球型合金粉末。进一步，所述将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合包括：混合粉末中铜占比为3％-10％。进一步，所述用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末包括：粉末直径小于15-150um，室内氧气含量小于100ppm，激光功率70w-1000w。进一步，所述热处理包括：在650-950℃下处理2小时。进一步，所述热等压处理包括：将制品放置到密闭的容器中，向容器内充惰性气体，在800-1050℃、100-200MPa下处理0.5-4h。进一步，所述辅助均匀化处理包括：于850℃处理超过2h，并于950℃处理超过2h。进一步，所述时效性处理包括：于450-650℃下处理2-4小时。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述制备方法制备的抗菌材料增材。本专利技术的另一目的在于提供一种所述抗菌材料增材逐层堆积制造的用于医疗的材料结构。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术提供了一种合金的增材制造生产方法和后处理工艺，相较于抗菌涂层可使常用的钛及钛合金拥有长效的抗菌效果。本专利技术可利用增材制造优势加工特定比例的混合材料，赋予传统钛基材料的抗菌特性，后处理工艺可以平衡零件的力学性能和抗菌效果。附图说明图1是本专利技术实施例提供的抗菌材料增材制备方法原理图。图2是本专利技术实施例提供的抗菌材料增材制备方法流程图。图3是本专利技术实施例提供的Ti-Cu金相图。图4是本专利技术实施例提供的加工参数匹配，制造合金立方体效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种抗菌材料增材制备方法，下面结合附图对本专利技术作详细的描述。图1是本专利技术实施例提供的抗菌材料增材制备方法原理。如图2所示，本专利技术实施例提供的抗菌材料增材制备方法包括：S101，将原材料进行混合或处理得到原材料粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；S102，对加工后的制品根据应用场景的需求进行热处理，或在炉内冷却后再进行热等压处理；或进行辅助均匀化处理；或进行时效性处理，即可。步骤S101中，本专利技术实施例提供的将原材料进行混合或处理得到原材料粉末包括：将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，并在混粉器中机械混合4-10h；或，利用特定比例的钛铜合金铸锭，采用等离子旋转电极，等离子雾化或气雾化方法制备球型合金粉末。本专利技术实施例提供的将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合包括：混合粉末中铜占比为3％-10％。本专利技术实施例提供的用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末包括：粉末直径小于15-150um，室内氧气含量小于100ppm，激光功率70w-1000w。本专利技术实施例提供的热处理包括：在650-950℃下处理2小时。本专利技术实施例提供的热等压处理包括：将制品放置到密闭的容器中，向容器内充惰性气体，在800-1050℃、100-200MPa下处理0.5-4h。本专利技术实施例提供的辅助均匀化处理包括：于850℃处理2h，并于950℃处理2h。本专利技术实施例提供的时效性处理包括：于450-650℃下处理2-4小时。下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。实施例1：一种抗菌材料制造工艺1.使用钛或钛合金球型粉末与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗菌材料增材制备方法，其特征在于，所述抗菌材料增材制备方法包括：/n步骤一，将原材料进行混合或处理得到原材料粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；/n步骤二，对加工后的制品根据应用场景的需求进行热处理，或在炉内冷却后再进行热等压处理；或进行辅助均匀化处理；或进行时效性处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种抗菌材料增材制备方法，其特征在于，所述抗菌材料增材制备方法包括：
步骤一，将原材料进行混合或处理得到原材料粉末；利用激光熔融或电子束增材制造技术加工原材料粉末；
步骤二，对加工后的制品根据应用场景的需求进行热处理，或在炉内冷却后再进行热等压处理；或进行辅助均匀化处理；或进行时效性处理。


2.如权利要求1所述抗菌材料增材制备方法，其特征在于，步骤一中，所述将原材料进行混合或处理得到原材料粉末包括：
将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合，并在混粉器中机械混合4-10h；
或，利用特定比例的钛铜合金铸锭，采用等离子旋转电极，等离子雾化或气雾化方法制备球型合金粉末。


3.如权利要求2所述抗菌材料增材制备方法，其特征在于，所述将钛或钛合金球型粉末与铜球型粉末按照特定比例混合包括：混合粉末中铜占比为3％-10％。


4.如权利要求1所述抗菌材料增材制备方法，其特征在于，所述用激光熔融或电子束增材制造技术加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳奇，李震，张迪，
申请(专利权)人：广州柔岩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44