一种高强度可降解Zn基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，将含金属粉的溶液涂刷在Zn板上，然后将至少两块涂覆金属粉的Zn板层叠，获得复合板，将复合板进行单道次冷轧，获得冷轧板，将冷轧板从中间裁剪成两块，层叠，然后进行单道次冷轧，重复裁剪

【技术实现步骤摘要】
一种高强度可降解Zn基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物可降解锌基复合材料
，特别涉及一种可高强度可降解Zn基复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]与镁和铁类似，锌是人体必需的微量元素，突出了它在人类健康中不可或缺的作用。最佳的核酸和蛋白质代谢，以及细胞生长、分裂和功能，需要足够的锌。从这个角度来看，在降解阶段从植入物释放的锌离子可以整合到宿主的正常代谢活动中，而不会产生全身毒性副作用。锌具有很高的化学活性和电极电位(
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0.762V)介于镁(
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2.372V)和铁(
‑
0.444V)。因此，由于腐蚀产物形成的具有中等稳定性的钝化层，纯锌金属表现出中等的降解速率(比缓慢降解的铁及其合金快，但比快速降解的镁及其合金慢)锌和锌基合金由于熔点低、化学反应性低和良好的机械加工性，更容易铸造和加工。但纯锌的力学性能并不理想，很难在实际中应用，因此常采用合金化，热处理，变形处理等方式来提高其力学性能。
[0003]累积叠轧工艺于1998年日本大阪大学的Y.Saito教授首次提出，并在纯铝上首试成功，将晶粒细化到1μm范围内。累积叠轧工艺是一种通过大压下量的循环轧制使金属材料发生剧烈变形，改变材料的组织结构，以获得所需材料性能的加工方法，材料经过强烈塑性变形后，组织显著细化，晶粒尺寸达到微米，甚至能纳米尺度。与其他SPD工艺相比ARB技术具有自身突出的优越性，主要表现在：成本较低，工艺简单。仅通过ARB变形，而不需要添加合金元素，获得高的强度，具有和高合金化合金相媲美的强度，这种工艺对于降低生产成本和材料密度以及提高金属材料的回收利用性能具有很大的优越性。此外，该工艺不需要特殊的设备，由于在金属包覆生产中，轧制焊合己被广泛应用；生产率高，可以生产大尺寸的材料，容易实现工业化生产。
[0004]镁(Mg)元素是人体金属元素中含量较多的之一。在人体屮六成以上的镁元素大部分分布在了骨骼和牙齿中，与骨骼中的蛋白质形成络合作用，促进骨骼的磷酸化进程。因为镁元素参与三磷酸腺苷的水解过程，所以镁几乎参与到人体的各个生理活动中，是糖及油脂营养物质代谢的重要的辅助因素，并维持肌肉、神经的传递和正常活动。
[0005]钙(Ca)它是人体必需的元素之一。钙能将人体中的一些有毒有机物转化为无毒有机物,还可以与钾、钠一起协调肌肉和神经的活动。钙能维持骨骼的强度,并能够在血液凝固时起重要的作用。钙的密度比较低,能够使镁钙合金的密度接近于人体骨骼的密度。
[0006]铜(Cu)在Zn基体中具有一定的固溶度，Cu的添加能够提高合金的强度、硬度以及塑性。Cu元素是人体内必需的微量营养元素之一，健康成人体内的含量约为110～160mg，主要存在于肌肉和骨骼中，与人体的骨骼系统和心血管系统等有密切关系。
[0007]铁(Fe)是我们最为常见的金属元素之一，铁元素在地球的含量丰富，占总元素的4.7％。铁元素作为人体所必须的微量元素之一，体内铁含量为5g，主要存在于人体的血红细胞，肌血细胞中，剩余的以铁蛋白的形式贮存在人体的内脏中。铁元素参与造血功能，并有配合血红细胞运输氧和营养物质的能力。人体中若是铁缺乏，则会导致缺铁性贫血，并造
成代谢紊乱等问题。
[0008]到目前为止还未见有关在叠层轧制的作用下可降解颗粒增强锌基复合材料制备方法的研究。

技术实现思路

[0009]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强度可降解Zn基复合材料及其制备方法和应用。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]本专利技术一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，将含金属粉的溶液涂刷在Zn板上，然后将至少两块涂覆金属粉的Zn板层叠，获得复合板，将复合板进行单道次冷轧，获得冷轧板，将冷轧板从中间裁剪成两块，层叠，然后进行单道次冷轧，重复裁剪
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层叠
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单道次冷轧11
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15次，即得Zn基复合材料，所述金属粉中的金属选自Mg、Ca，Cu、Fe中的至少一种。
[0012]本专利技术的制备方法，将涂覆金属粉的Zn板层叠后冷轧实现合金化即获得高强度的Zn基复合材料，主要是由于本专利技术优选的粉末易于与Zn板形成合金化，且所优选的金属能在Zn的基底中均匀分布，并形成条纹状的界面来阻碍轧制过程中Zn的回复与再结晶，通过界面强化和细晶强化来提高复合材料的强度。
[0013]在本专利技术中，由于所优选的粉末易于与Zn板形成合金化，且Zn板具有优异的变形能力，因此冷轧已经能够满足多道次变形而不会使板材开裂，也避免了金属粉末与Zn在轧制过程中形成第二相而导致材料的塑性变低。
[0014]优选的方案，取三块Zn板，将含金属粉的溶液对其中两块Zn板进行单面涂刷，另一块Zn板进行双面涂刷，将双面涂覆金属粉的Zn板置于中间，另两块单面涂覆金属粉的Zn板按涂覆金属粉的面与双面涂覆金属粉的Zn板相接触的方式层叠，获得复合板。
[0015]专利技术人发现，采用上述三明治形式进行层叠，可以更可控的引入更多的合金化元素，而且采用上述三明治形式进行层叠，相比二层层叠能够在相同道次下获得更加细小的层间距，使得金属粉末在基底中更快的均匀分布，最终所得复合材料的性能更优。
[0016]优选的方案，所述含金属粉的溶液的获取过程为，将金属粉分散于丙酮中，再于超声波中震荡5
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30min。
[0017]专利技术人发现，采用丙酮来分散金属粉，可确保金属粉分散好，且易于涂刷后的干燥。
[0018]优选的方案，所述含金属粉的溶液中，金属粉的粒径为3
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100μm，纯度≥99.9％。
[0019]专利技术人发现，金属粉的粒径需要有效控制，若粒径过小，无法分散，将产生团聚，且易在干燥过程中产生损失，而粒径过大，则会影响金属粉与Zn板材结合，进而使合金化效果不好。
[0020]优选的方案，所述Zn板的纯度≥99.9％。
[0021]在实际操作过程中，将Zn板置于酒精中使用超声波清洗10min以去除表面油脂，等风干后对Zn板的四个角进行钻孔，方便之后使用铜线进行固定，之后使用圆形不锈钢刷对Zn板接触面平行于轧制方向进行刮擦，去除表面氧化物与杂质，打磨完后的Zn板置于丙酮中超声波清洗以去除残留粉末和其他杂质。
[0022]优选的方案，复合板单道次冷轧的变形量为50％
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60％。
[0023]专利技术人发现，将复合板单道次冷轧的变形量控制在上述范围内，可以很好的使金属粉末与板材形成冶金结合，同时避免开裂。
[0024]优选的方案，冷轧板从中间裁剪成两块，层叠，然后进行单道次冷轧，重复裁剪
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层叠
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单道次冷轧的过程中，同时控制任意一次单道次冷轧的变形量为50％
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60％。
[0025]专利技术人发现，采用上述方式，将冷轧板剪裁后再层叠，再一起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，其特征在于：将含金属粉的溶液涂刷在Zn板上，然后将至少两块涂覆金属粉的Zn板层叠，获得复合板，将复合板进行单道次冷轧，获得冷轧板，将冷轧板从中间裁剪成两块，层叠，然后进行单道次冷轧，重复裁剪
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层叠
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单道次冷轧11
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15次，即得Zn基复合材料，所述金属粉中的金属选自Mg、Ca，Cu、Fe中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，其特征在于：取三块Zn板，将含金属粉的溶液对其中两块Zn板进行单面涂刷，另一块Zn板进行双面涂刷，将双面涂覆金属粉的Zn板置于中间，另两块单面涂覆金属粉的Zn板按涂覆金属粉的面与双面涂覆金属粉的Zn板相接触的方式层叠，获得复合板。3.根据权利要求1所述的一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，其特征在于：所述含金属粉的溶液的获取过程为，将金属粉分散于丙酮中，再于超声波中震荡5
‑
30min。4.根据权利要求1所述的一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，其特征在于：所述含金属粉的溶液中，金属粉的粒径为3
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100μm，纯度≥99.9％；所述Zn板的纯度≥99.9％。5.根据权利要求1所述的一种高强度可降解Zn基复合材料的制备方法，其特征在于：复合板单道次冷轧的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建国，陈应重，张德闯，戴翌龙，孙全祥，张淼，蓝杨，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：