[发明专利]一种锆基块体非晶合金及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种锆基块体非晶合金及其制备方法与应用，属于非晶态合金材料技术领域。本发明提供的锆基块体非晶合金的通式为Zr₅₅Ti₃Hf_xCu_32‑xAl₁₀，其中0≤x≤5。本发明提供的Zr₅₅Ti₃Hf_xCu_32‑xAl₁₀非晶合金具有造价低廉、成本低的优势，根据金属铪的加入量不同，其制备成本与含有贵金属钯和银的锆基块体非晶合金成本分别降低80～95％和15～25％；且不含有对人体有害的金属镍和金属铍元素；另外，具有良好的耐腐蚀性能，其自腐蚀电位范围为‑0.470～‑0.210V，自腐蚀电流密度范围为4.2×10^‑7～8×10^‑8A/cm²。

技术领域

本发明涉及非晶态合金材料技术领域，尤其涉及一种锆基块体非晶合金及其制备方法与应用。

背景技术

块体非晶合金由于其独特的物理和化学性质，如极高的强度，极高的弹性应变极限，相对低的杨氏模量，良好的耐腐蚀性和耐磨性，被认为是一种极具应用潜力的新一代结构和功能材料。而其中锆基块体非晶，具有高的非晶形成能力以及良好的成型性、良好的耐腐蚀性和生物相容性，在人体植入材料领域具有好的应用前景。到目前为，已成功开发了Zr-Ti-Cu-Ni-Be、Zr-Cu-Al-Ni-Be、Zr-Al-Ni-Cu、Zr-Cu-Al-Ni-Nb等系列锆基块体非晶合金体系。但在上述锆基块体非晶合金中都含有镍元素和部分铍元素。而镍元素和铍元素在人体液中会释放有毒的离子，对人体有害。医学研究表明，镍可引起炎症、癌症、神经衰弱症、系统紊乱、降低生育能力、致畸等，危害人体健康；并影响遗传物质的合成、影响多种酶和内分泌腺的作用、引起基因点突变、基因丢失。铍的化合物如氧化铍、氟化铍、氯化铍等毒性较大，而铍进入人体后，难溶的氧化铍主要储存在肺部，可引起肺炎。可溶性的铍化合物主要储存在骨骼、肝脏、肾脏和淋巴结等处，它们可与血浆蛋白作用，生成蛋白复合物，引起脏器或组织的病变而致癌。这就限制锆基块体非晶合金在人体植入材料方面的应用。

因此，为了消除镍元素或铍元素对人体的伤害作用，需要去除这些有毒元素。为此，近年来已开发了Zr-Cu-Al-Ag和Zr-Cu-Al-Pb等体系的锆基块体非晶合金。这类锆基块体非晶合金中虽然去除了对人体有害的镍元素和铍元素，但由于钯和银等贵金属元素的加入，使合金的成本显著提高，同样限制了其应用。如果能够通过加入一些廉价的合金元素、又不显著降低锆基块体非晶合金的形成能力，获得具有良好力学性能和耐腐蚀能力的锆基块体非晶合金，是人们一直追求的目标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锆基块体非晶合金及其制备方法与应用。本发明提供的锆基块体非晶合金具有优异耐腐蚀性和强度的同时，还具有价格低廉，且不含镍元素和铍元素；满足生物材料对物理和化学性能的要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种锆基块体非晶合金，通式为Zr₅₅Ti₃Hf_xCu_32-xAl₁₀，其中0≤x≤5，元素的下标表示该元素在合金中的原子百分含量。