【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种锆合金材料表面处理方法及应用。
技术介绍
1、随着患者人群的增长和年轻化，人们对医疗植入物的耐磨性、稳定性、使用寿命提出了更高地要求。锆合金材料作为医用植入物基材时，具有良好的强度、韧性和生物相容性，在应用于诸如髋关节、膝关节等需要承载较大荷载的部件时，相比于陶瓷材料，锆合金材料材料更具有优势。但金属材料也有很多缺点，如表面硬度较低，在植入物的器件跟器件之间相互接触并碰撞过程中容易产生颗粒，进而影响人体健康；金属材料的表面粗糙度较高，造成滑动面摩擦系数大，耐磨性能不佳。
2、为了避免上述问题，一般在锆合金材料的表面制备一层陶瓷层，提高材料的表面硬度和耐磨性。
3、但是陶瓷层本质上为锆的氧化物，氧化反应消耗的锆与新生成氧化物的体积比小于1，在金属材料的表面制备一层陶瓷层时，随着氧化时间增加氧化层厚度逐渐增加，材料因体积发生膨胀产生较大的内应力，当内应力足够大且得不到释放，氧化层中会出现微裂纹。氧化结束后冷却时内外温差过大，也会导致微裂纹产生。此外，为了保证产品的表面达到使用高平整度的要求，通常需要对表面陶瓷层进行抛光处理，现有的技术在处理硬度较大的陶瓷层时会花费较多的时间，还会容易导致裂纹向内扩展，裂纹是影响医用植入物基材等锆合金陶瓷层材料耐磨性使用寿命的重要因素。
4、因此，需要研究对锆合金材料表面处理时，如何能有效提高材料表面陶瓷的质量。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本申请公开了一种锆合金材料
2、s1：对所述锆合金材料进行表面氧化处理，得到表面形成有初始氧化锆陶瓷层的锆合金材料；
3、s2：对所述初始氧化锆陶瓷层进行表面还原处理，将部分厚度的所述初始氧化锆陶瓷层表面还原形成金属锆层；
4、s3：去除所述金属锆层，得到表面形成有氧化锆陶瓷层的锆合金材料。
5、可选的，s1中所述初始氧化锆陶瓷层的平均厚度为5～8μm。
6、可选的，s3中所述氧化锆陶瓷层的平均厚度为3～7μm。
7、可选的，s2中所述金属锆层的平均厚度小于等于厚度阈值，所述厚度阈值为1～2μm。
8、可选的，所述s1中表面氧化处理方法包括：将所述锆合金材料置于特定温度的含氧环境中，恒温氧化后冷却。
9、可选的，所述s1满足下述特征中的至少之一：
10、所述加热温度为500～650℃；
11、所述恒温氧化时间为4～7h；
12、所述冷却条件为所述锆合金材料经恒温氧化后，从恒温环境中取出，自然冷却至室温。
13、可选的，所述s2中还原处理包括激光还原或加热还原。
14、可选的，所述s2中的还原处理的条件满足下述特征的至少之一：
15、在无氧环境中还原所述初始氧化锆陶瓷层；
16、加热温度为600℃～700℃；
17、保温时间为3～5h。
18、可选的，所述s3中去除金属锆层的处理方法，包括酸洗、研磨和抛光中的一种或多种。
19、可选的，所述表面处理方法还包括在s3步骤之后的以下步骤：
20、s4：对所述锆合金材料表面的氧化锆陶瓷层平滑化处理。
21、可选的，所述s4中平滑化处理的方法包括研磨和抛光中的一种或多种。
22、本申请还包括一种锆合金材料，其特征在于，所述锆合金材料应用于医用植入物，所述锆合金材料的表面通过如上所述任一项的表面处理方法处理形成。
23、实施本申请实施例，具有如下有益效果：
24、1、通过对锆合金材料的表面初始氧化锆陶瓷层还原处理，将初始氧化锆陶瓷层中有产生裂纹、质量较差的部分转化成金属锆层，降低表面的硬度，再采用比较温和的工艺去除表面的金属锆层，第一方面，避免通过传统的表面处理如机械抛光处理等方式，导致裂纹受到外力作用向材料内部延伸；第二方面，金属锆层相对氧化锆层的硬度更低，通过更容易的工艺去除去除表面有裂纹、质量较差的陶瓷层，从而可以缩短抛光时间，提高抛光效率；第三方面，去除表面的金属锆层后，得到表面平整、无裂纹的锆合金材料，通过抛光可进一步降低材料表面的粗糙度和提高材料表面的耐磨性；第四方面，通过控制初始氧化锆陶瓷层的生长、金属锆层的去除，可以制备出不同氧化锆陶瓷层厚度的锆合金材料。
25、2、通过优化氧化工艺程序，特别的是通过优化冷却工艺，控制s1中的冷却速率，避免过慢冷却发生的再次氧化导致初始氧化锆陶瓷层厚度不均匀，以及过快冷却应力增大导致裂纹的产生或扩散等问题。
26、3、在还原初始氧化锆陶瓷层的过程中，也可以将表面的氧扩散至锆合金材料的内部，提高锆合金材料与表面氧化锆陶瓷层的结合力，进一步保证各层材料表面处理过程中的结合度，增强材料应用时使用的稳定性。
27、4、还原氧化陶瓷层的工艺可以采用加热还原，也可以采用激光还原处理，使陶瓷层表面经过高温处理而发生还原的时间缩短，避免热应力导致裂纹向内部扩展，提升陶瓷层的质量。
28、5、对锆合金材料表面的氧化锆陶瓷层进行平滑处理，可进一步提高材料表面的光滑程度，降低表面的摩擦系数。
29、6、采用本申请的表面处理方法，得到的锆合金材料，不仅表面具有优异的耐磨性能，由于表面氧化层与锆合金的高结合力，应用于医用植入物等产品中，优异的表面性能可进一步提高产品的使用寿命。
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1.一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，S1中所述氧化锆陶瓷层的平均厚度为5～8μm。
3.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，S3中所述氧化锆陶瓷层的平均厚度为3～7μm。
4.根据权利要求1中任一项所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，S2中所述金属锆层的平均厚度为1～2μm。
5.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述S1中表面氧化处理方法包括：将所述锆合金材料置于特定温度的含氧环境中，恒温氧化后冷却。
6.根据权利要求5所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述S1满足下述特征中的至少之一：
7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于所述S2中还原处理包括加热还原。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于所述S2中还原处理包括激光还原。
9.根据权利要求7
10.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，S3中去除所述金属锆层的处理方法，包括酸洗。
11.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述方法还包括在S3步骤之后的以下步骤：
12.根据权利要求11所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，S4中所述平滑化处理的方法包括研磨和抛光中的一种或多种。
13.一种锆合金材料，其特征在于，所述锆合金材料应用于医用植入物，所述锆合金材料的表面通过如权利要求1～12中任一项所述的表面处理方法处理形成。
...【技术特征摘要】
1.一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，s1中所述氧化锆陶瓷层的平均厚度为5～8μm。
3.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，s3中所述氧化锆陶瓷层的平均厚度为3～7μm。
4.根据权利要求1中任一项所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，s2中所述金属锆层的平均厚度为1～2μm。
5.根据权利要求1所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述s1中表面氧化处理方法包括：将所述锆合金材料置于特定温度的含氧环境中，恒温氧化后冷却。
6.根据权利要求5所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于，所述s1满足下述特征中的至少之一：
7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种锆合金材料表面处理方法，其特征在于所述s...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁雄伟，叶连政，曾达，肖心雄，张风，时瑞，戴金荣，
申请(专利权)人：大博医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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