[发明专利]一种Zr基高熵合金材料及Zr基高熵合金表面合成多孔球状结构的方法

说明书

本发明提出一种Zr基高熵合金材料及Zr基高熵合金表面合成多孔球状结构的方法，属于金属表面处理技术领域。Zr基高熵合金材料的表面具有多孔的球状结构，球状结构的直径在2～5μm之间；其制备方法为：采用先选择性溶解再阳极氧化的方法，控制选择性溶解的条件为：HNO₃浓度为：25～35wt％，时间：1～1.5h，电流：0.5～1.5mA/cm²，温度：65～70℃；阳极氧化过程使用选择性溶解后的Zr基高熵合金为阳极，惰性电极为阴极，时间：25～30min，电流：7～9mA/cm²，温度：20～25℃，电解液阴离子为F^‑和SO₄^2‑其比例范围：1：(10～11)，F^‑浓度为8～10g/L。

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种Zr基高熵合金材料及Zr基高熵合金表面合成多孔球状结构的方法。

背景技术

高熵合金是指一种由五种或五种以上金属元素合成的高混乱度的亚稳态合金材料，一般使用快速冷却的方法获得，可以最大程度保留液相中的高熵特性，形成非晶态或含纳米晶的合金。锆基高熵合金是以Zr为主要元素的高熵合金，其中，高熵合金中的铜是形成Zr基高熵合金的关键，没有铜很难通过快速冷却的方法形成高熵合金。

与传统的人造骨骼植入体钛合金相比，Zr基高熵合金具有更加接近人体骨骼的弹性模量，可有效降低植入后对自然骨骼的应力屏蔽，同时，兼具更高的强度和硬度，在植入体材料领域潜在价值较高。但未经处理的锆基高熵合金表面是生物惰性的，难以实现骨性连接。故需要设法对锆基高熵合金表面进行处理，从而提高其生物活性。目前普遍认为多孔的表面结构可以有效提高基体材料的生物活性。

经检索，中国专利申请号为：CN201110179302.6，公开日为：2013年1月2日，公开了一种锆基非晶合金复合材料，该复合材料包括锆基非晶合金基体，其中，该复合材料还包括附着在所述锆基非晶合金基体表面上的陶瓷膜层，所述陶瓷膜层含有ZrO₂。该发明还提供了该锆基非晶合金复合材料的制备方法。根据该发明提供的锆基非晶合金复合材料的制备方法，可以在锆基非晶合金基体上形成性能优良的陶瓷膜层，该陶瓷膜层的硬度高、耐腐蚀性和耐磨性能好，并且与锆基非晶合金基体的附着力好，所得到的锆基非晶合金复合材料具有较佳的非晶合金性能、以及表面装饰和保护性能，使得锆基非晶合金的应用范围更为广泛，但是该工艺采用等离子体氧化法，所需要的能量高，成本高，而且该方法仅能获得普通致密的陶瓷膜，无法获得多孔结构的表面膜层。

再如，中国专利申请号为：CN201910150899.8，公开日为：2019年4月19日，公开了一种Zr基大块非晶合金上制备磨砂表面的方法，该方法具体为：将锆基非晶合金置于盛有电解液的电解槽中，以锆基非晶合金为阳极，以石墨板或铂片为阴极，在恒流条件下进行电腐蚀；其中，所述的电解液中含有氟化盐，所述的锆基非晶合金中Zr元素的含量＞50％，其他元素为Cu、Ni、Ti、Al、Be中的3～4种。该发明通过电腐蚀的方式，能在锆基非晶合金上制备出结构致密、磨砂均匀、呈浅灰色的磨砂氧化膜。但是，该方法获得的表面结构是致密结构，而非多孔结构，同时，其处理的基体材料为非晶合金，其制备过程的冷却速率和元素成分与高熵合金均有区别。

因此，申请人一直在寻求一种使锆基高熵合金具有生物活性的方法及材料，也是目前金属表面处理领域亟需解决的问题。

发明内容

1.要解决的问题

本发明提供了一种Zr基高熵合金材料，其目的在于在合金表面合成多孔的球状结构。

针对现有Zr基高熵合金的表面生物惰性的问题，本发明提供了一种Zr基高熵合金表面合成多孔球状结构的方法，该方法通过“电腐蚀-电氧化”相结合的方式，能在锆基高熵合金上制备出具有微米级多孔球状结构的氧化膜层，使得该Zr基高熵合金的生物活性获得提高。

2.技术方案