[发明专利]一种羟基磷灰石/镁合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种羟基磷灰石/镁合金复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料制备领域。首先对镁合金母材表面进行打磨、清洗并烘干；在镁合金板材表面沿长度方向加工出小孔或小槽；往小孔或小槽中填充羟基磷灰石粉末；使用不带搅拌针的搅拌头沿着打孔方向进行1道次加工作为封口处理；使用带搅拌针的搅拌头进行2道次搅拌摩擦加工，加工后在空气中冷却。由于采用了搅拌摩擦加工方法，细化了镁合金基体材料的微观组织，并改善了羟基磷灰石颗粒的分布状况，得到了第二相颗粒分布均匀的细晶羟基磷灰石/镁基复合材料，复合材料的抗拉强度、屈服强度和伸长率与母材相比都有显著的提高。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体涉及一种羟基磷灰石/镁合金复合材料及其制备方法。

背景技术

镁合金由于其高比强度与比刚度、可降解、密度与弹性模量与自然骨接近等优点，在生物医用领域广泛用作可降解植入物。限制其使用的关键因素是在体内过快的降解速率，制备镁基复合材料是改善其降解速率的主要方法之一。

羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HA）是动物和人体骨骼的主要无机成分，具有良好的生物活性和生物相容性。但是HA脆性较大，难以用作承重部位的移植体,在医学上的应用仅限于非承重部位、低承重部位移植体和粉末及涂层材料。要解决该材料脆性大、强度低、力学性能差的问题，方法之一是制备力学性能更佳的HA涂层或HA复合材料。

文献1报道了一种通过电化学沉积在AZ31D基体上制备HA涂层的方法，成功地改善了镁合金基体在模拟体液中的降解速率[Song Y W, Shan D Y, Han E H.Electrodeposition of hydroxyapatite coating on AZ91D magnesium alloy forbiomaterial application[J]. Materials Letters, 2008, 62(17):3276-3279.]。HA涂层应用在镁合金上时，局限性在于涂层质量决定了基体的腐蚀行为，如果涂层存在缺陷，将导致腐蚀行为的不可控。因此，相比于制备HA涂层，将HA颗粒引入基体表面或亚表面是控制腐蚀速率的一种有效的手段，搅拌摩擦加工可以很好地将HA颗粒引入基体表面或亚表面。

搅拌摩擦加工是基于搅拌摩擦焊发展而来的一种剧塑性变形加工技术，可以应用于材料的制备、加工和合成。该技术不仅可以显著细化基体的微观组织，同时与常规热塑性加工技术相比，搅拌摩擦加工过程中加工区发生了材料的剧烈塑性流变、混合和破碎，更有利于增强相颗粒的分布。该技术是一种高效、清洁的固相加工技术，与铸造法相比，具有操作方便、界面反应轻微等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种羟基磷灰石/镁合金复合材料及其制备方法。此方法将HA颗粒均匀、弥散地分布于镁合金基体中，获得晶粒细小、力学性能优良的HA/镁基复合材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种羟基磷灰石/镁合金复合材料的制备方法，该方法以羟基磷灰石粉末为添加相，以镁合金板材为基体，将羟基磷灰石粉末填充进入镁合金板材的小孔或小槽中并进行封口处理，然后对镁合金板材进行搅拌摩擦加工，得到羟基磷灰石/镁合金复合材料。

优选的，将羟基磷灰石粉末填充进入镁合金板材的小孔或小槽中并进行封口处理包括如下步骤：

1) 在镁合金板材上加工出小孔或小槽；

2) 将羟基磷灰石粉末填入小孔或小槽中，压实；

3) 使用无搅拌针的搅拌头，逆时针旋转下加工，完成封口处理。

进一步优选的，步骤1）所述小孔是在镁合金板材上沿一条直线每隔3 mm加工出一个尺寸为φ1.5×4 mm的小孔；所述小槽是一条宽1 mm，深4 mm的小槽。