【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金及其制备方法；属于材料设计和制备领域。
技术介绍
1、zn基合金与复合材料作为一种潜在的生物可降解材料，具有较适宜的降解速率，且降解产物可被生物吸收。然而，作为植入物，纯zn金属较差的力学性能无法与人体骨相匹配。近年来，非晶结构已成为解决纯zn作为植入物强度不足问题的一种有潜力的策略。特别是，研究发现，znzr非晶合金表现出较高的强度。而且，zn是体内不可或缺的元素，与许多生物功能密切相关；同时zr也具备良好的生物相容性和骨整合能力。然而，与其他非晶材料类似，由于剪切带软化效应，znzr非晶合金表现出较低的塑性应变(<2％)。
2、基于上述问题和要求，制备与人体骨组织相匹配的力学性能和良好生物相容性的可降解znzr非晶合金具有良好应用前景。本专利技术采用机械合金化和选区激光熔化技术，并添加延展性和生物相容性良好的cu作为合金元素，在非晶基体中原位合成韧性相，制备非晶-晶体异质结构的可降解的znzrcu合金。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术首次提出采用机械合金化与选区激光熔化组合的工艺路线，制备具有优异力学性能的非晶-晶体异质结构的znzrcu合金：首先利用机械合金化强制znzrcu由晶态向非晶态转变，同时在非晶结构中原位合成韧性相(ε-cuzn5相)，制备出含非晶-晶体异质区的znzrcu合金粉末；随后利用优化的选区激光熔化参数维持非晶结构，进而得到具有非晶-晶体异质结构的znzrcu合
2、本专利技术一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，其中cu含量为0～15wt.％，优选为8～10wt.％；且zn与zr的质量比为40～60:60～40、优选60:40；
3、在此范围内，所制备合金兼具非晶和晶体双重优势，即非晶相无序排列的原子结构能够赋予合金优异的力学强度，而韧性相可以阻碍剪切带的快速传播并促进多重剪切带的发起和分散，起到合金增韧的目的。
4、所述非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金中，非晶结构所占质量比为60％～85％。优选为65～83％。
5、本专利技术一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，所述非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金中含有ε-cuzn5。
6、本专利技术一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，利用机械合金化制备非晶znzrcu合金粉末，随后通过选区激光熔化制备兼具非晶-晶体异质结构的znzrcu合金。
7、本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，机械合金化使用的原料为纯zn、纯zr和纯cu粉末。纯zn粉末平均粒度为55～65μm、优选为60μm，纯zr粉末平均粒度为70～80μm、优选为75μm，纯cu粉末平均粒度为0.5～3μm、优选为1～2μm，所述粉末纯度均高于99.99％。
8、本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，包括下述步骤：(1)将zn粉和zr粉按40～60:60～40、优选60:40的质量比进行配料，使用直径为5～7mm和8～10mm的硬质304不锈钢磨球，按10:1～20:1的球料(磨球和粉末)质量比将znzrcu粉末和304不锈钢磨球装入不锈钢球磨罐中，以无水乙醇作为球磨介质，抽真空后充入氩气保护。
9、(2)在320～390r/min、优选为320～375r/min的球磨转速，10～30h、优选为15～25h的球磨时间下，对znzu粉末进行高能球磨，得到znzr合金粉末。
10、(3)按设定组分将cu粉添加至znzr混合粉末中，进行高能球磨，得到znzrcu合金粉末；cu粉的加入量为znzrcu合金粉末质量的3～15wt.％，优选为8～10wt.％；
11、(4)以所得znzrcu合金粉末为原料，在氩气保护下，采用选区激光熔化工艺制备得到znzrcu合金，成形参数：激光功率70～100w，扫描速度为80～120mm/s，激光光斑直径50～100μm，扫描间距为40～80μm，层厚80～120μm。
12、本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，机械合金化使用的原料为纯zn、纯zr和纯cu粉末。纯zn粉末平均粒度为55～65μm、优选为60μm，纯zr粉末平均粒度为70～80μm、优选为75μm，纯cu粉末平均粒度为0.5～3μm、优选为1～2μm，所述粉末纯度均高于99.99％。
13、本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法：步骤(1)中，球料质量比为10:1～20:1、优选为10:1～15:1，进一步优选为15:1；6mm和10mm的不锈钢球的质量比优选为1～3:1、优选为2:1。
14、作为优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金及其制备方法，步骤(2)中球磨转速为320～350r/min。
15、作为优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金及其制备方法，步骤(2)中球磨时间10～30h，进一步优选为20h。
16、作为优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金及其制备方法，步骤(3)中cu含量3～15wt.％进一步优选为8～10wt.％。
17、作为优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，步骤(3)中，,使用直径为6mm和10mm(质量比为1～3:1、优选为2:1)的不锈钢磨球，控制球料质量比为12～20:1、优选为15:1，球磨转速320～350r/min，球磨15～28h、优选为20～24h，得到非晶化的znzrcu合金粉末。本专利技术中采用两种尺寸不同的磨球，采用较高的球料质量比配合适当的球磨转速和球磨时间才能得到高度非晶化的znzrcu合金粉末。这为后续配合3d打印制备优质的具有非晶-晶体异质结构的产品提供了必要条件。
18、作为优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，步骤(4)中工艺参数进一步优选为：激光功率为80～100w，扫描速度为80～110mm/s，激光光斑直径为50μm，扫描间距为80μm，层厚为0.1mm。在本专利技术中，打印功率太低会导致粉末不能很好的融化极易出现ε-cuzn5相，而且所得产品中缺陷和孔洞过多导致材料力学性能极差。打印功率过高，会导致非晶相减少或者直接消失，同时ε-cuzn5相也会粗化，所得产品为单一晶态的znzrcu合金。作为进一步的优选，本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，步骤(4)中工艺参数进一步优选为激光功率为80w，扫描速度为110mm/s，激光光斑直径为50μm，扫描间距为80μm，层厚为100μm。
19、本专利技术涉及一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金及其制备方法，经优化后，所得合金的抗压屈服强度为160～195mpa本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金，其特征在于：所述合金含有Zn、Zr、Cu，且Zn、Zr、Cu的总含量大于等于98％；
2.根据权利要求1所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金，其特征在于：合金中，非晶结构所占质量比为60％～85％。优选为65～83％。
3.一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
4.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：机械合金化使用的原料为纯Zn、纯Zr和纯Cu粉末；纯Zn粉末平均粒度为55～65μm、优选为60μm，纯Zr粉末平均粒度为70～80μm、优选为75μm，纯Cu粉末平均粒度为0.5～3μm、优选为1～2μm，所述粉末纯度均高于99.99％。
5.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中球磨转速为320～
7.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，Cu含量为8～10wt.％。
8.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，按质量比1～3:1，使用直径为6mm和10mm,的不锈钢磨球，控制球料质量比为12～20:1、优选为15:1，球磨转速320～350r/min，球磨15～28h、优选为20～24h，得到非晶化的ZnZrCu合金粉末。
9.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：步骤(4)中；激光功率为80～100W，扫描速度为80～110mm/s，激光光斑直径为50μm，扫描间距为80μm，层厚为0.1mm。
10.根据权利要求3-9任意一项所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解ZnZrCu合金的制备方法，其特征在于：所得合金的抗压屈服强度为160～195MPa，拉伸率为1.5～4.2％。
...【技术特征摘要】
1.一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，其特征在于：所述合金含有zn、zr、cu，且zn、zr、cu的总含量大于等于98％；
2.根据权利要求1所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金，其特征在于：合金中，非晶结构所占质量比为60％～85％。优选为65～83％。
3.一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
4.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，其特征在于：机械合金化使用的原料为纯zn、纯zr和纯cu粉末；纯zn粉末平均粒度为55～65μm、优选为60μm，纯zr粉末平均粒度为70～80μm、优选为75μm，纯cu粉末平均粒度为0.5～3μm、优选为1～2μm，所述粉末纯度均高于99.99％。
5.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求3所述的一种非晶-晶体异质结构的可降解znzrcu合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中球磨转速为32...
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