[发明专利]一种电脱氧制备生物医用锌锆或镁锌锆合金的方法

说明书

本发明涉及一种电脱氧制备生物医用锌锆或镁锌锆合金的方法，其利用熔盐电脱氧方法，在低共晶组成CaCl₂‑NaCl熔盐体系中，以固态ZnO‑ZrO₂或MgO‑ZnO‑ZrO₂混合氧化物作为阴极，以石墨棒为阳极，在惰性气氛、电解电压3.0‑3.3V、电解温度550‑800℃的条件下进行电解，通过控制ZnO‑ZrO₂或MgO‑ZnO‑ZrO₂混合氧化物的成分比例制备获得锌锆或镁锌锆合金。该方法解决了传统方法制备合金过程中合金成分容易出现偏析的问题，而且操作温度低，工艺简单，有效的降低了生产成本，ZnO及ZrO₂的添加提高了导电率较低的MgO的电脱氧能力。

技术领域

本发明属于冶金制备技术领域，尤其涉及一种采用固态ZnO/ZrO₂或MgO/ZnO/ZrO₂混合氧化物作为阴极、熔盐电脱氧制备生物医用锌锆Zn-Zr或镁锌锆Mg-Zn-Zr合金的方法。

背景技术

可降解生物医用锌合金具有较低的生物毒性和可控的降解速度，同时具有良好的生物相容性，价格低廉，有巨大的潜力成为新一代可降解金属。锌(Zn)由于具有中等的生物降解性和良好的生物相容性，作为可生物降解金属被广泛地研究。然而，纯锌的力学性能不能满足植入材料的实际要求。锆由于其生物相容性、骨相容性、低离子细胞毒性和良好的耐蚀性，是一种重要的生物医学材料。在Zn金属中加入Zr可以细化晶粒，提高合金的强度和降解性能。此外，镁也是锌合金的一种常见合金元素，能有效地提高锌合金的力学性能和生物相容性。熔盐电脱氧技术具有较简单、廉价、环保等优点，此外，纯Zn的力学性能不高，通过添加合金元素能够有效改善合金的力学性能。在Zn合金中添加Zr元素，可以有效减小晶粒尺寸，且Zr对细胞的毒性较小，同时耐腐蚀性比较好。同时，作为人体中重要的组成元素之一，Mg能够参与很多的人体生理过程，且在Zn合金中添加镁元素能有效提高合金的力学性能。Zn-Zr及Mg-Zn-Zr合金作为极有发展前景的生物可降解金属材料，受到研究者的广泛关注。

利用熔盐电脱氧制备合金的方法以价格低廉的金属氧化物作为原料，在高熔点金属冶金和熔点相差较大的合金冶炼方面具有一定的优势，制备的合金成分较均匀且容易控制，可有望解决许多难熔合金在传统制备方法中存在的偏析等问题。而且可以在低于金属熔点的温度下进行，生产工艺简单且能耗较低。

本发明选用CaCl₂-NaCl熔盐体系，通过控制阴极前驱体材料中氧化物的成分比例、PVB含量、熔盐温度和电解时间、电解电压等，为制备锌锆合金或镁锌锆合金提供理论依据和实验数据。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种采用固态ZnO/ZrO₂或MgO/ZnO/ZrO₂混合氧化物作为阴极、熔盐电脱氧制备生物医用锌锆Zn-Zr或镁锌锆Mg-Zn-Zr合金的方法，该方法解决了传统方法制备合金过程中合金成分容易出现偏析的问题，而且操作温度底，工艺简单，有效的降低了生产成本，并提高了导电率较低的MgO的电脱氧能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电脱氧制备生物医用锌锆或镁锌锆合金的方法，其利用熔盐电脱氧方法，在低共晶组成CaCl₂-NaCl熔盐体系中，以固态ZnO-ZrO₂或MgO-ZnO-ZrO₂混合氧化物作为阴极，以石墨棒为阳极，在惰性气氛、电解电压3.0-3.3V、电解温度550-800℃的条件下进行电解，通过控制ZnO-ZrO₂或MgO-ZnO-ZrO₂混合氧化物的成分比例制备获得锌锆或镁锌锆合金。