[发明专利]一种具有孔径梯度结构的钛基功能材料、制备方法及应用

权利要求书

1.一种具有孔径梯度结构的钛基功能材料的制备方法，其特征在于，用3D打印方法制备钛基板材；

在所述的钛基板材上挖设腔槽，所述的腔槽内填充铝粉得到待加工板材；对所述的待加工板材进行搅拌摩擦加工，再进行酸洗处理即得；所述腔槽的深度为所述钛基板材厚度的1/5～1/2；

所述的3D打印方法为激光选区熔化；所述的钛基板材为纯钛基体板材或钛合金基体板材；纯钛基体板材或钛合金基体板材的厚度为3～5 mm；所述的腔槽为圆形腔槽，腔槽深度为0.5～3 mm，腔槽直径为0.5～2 mm，腔槽间距1～5 mm；激光选区熔化过程中的铺粉层厚为30～60 μm，激光功率为300～500 W，扫描速率为800～2000 m/s，扫描间距为0.08～0.15mm，所用的气体为氮气、氩气或氦气；

制备所述的钛基板材的原料为纯钛粉末或钛合金粉末，纯钛粉末或钛合金粉末为球形粉，粒径为5～60μm；所述的铝粉粒径分布范围为1～5μm，纯度大于等于99.9%；

所述的搅拌摩擦加工过程中的搅拌头旋转速度为200～1200 rpm，前进速度为20～100mm/min，压下量为0.1～0.5 mm；

所制备的具有孔径梯度结构的钛基功能材料表层为细小多孔层，具有交叉的孔状结构，内层为疏松多孔层，表层和基体具有不同孔径结构，且表层孔径小于基体孔径。

2.根据权利要求1所述的具有孔径梯度结构的钛基功能材料的制备方法，其特征在于，所述的酸洗选用HCl溶液或H₂SO₄溶液，HCl溶液或H₂SO₄溶液的浓度0.5％～10％mol/L，酸洗时间为10～300 s。

3.一种具有孔径梯度结构的钛基功能材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：纯钛粉末或钛合金粉末置于激光选区熔化设备粉盒中，激光选区熔化设备抽真空，充入惰性气体后利用高能激光束进行熔化-烧结-成形得到纯钛基体板材或钛合金基体板材，厚度为5～8 mm；

步骤二：在纯钛基体板材或钛合金基体板材表面挖设圆形腔槽，腔槽深度为0.5～3mm，腔槽直径为0.5～2 mm，腔槽间距1～5 mm；

步骤三：在腔槽中填加铝粉，对添加铝粉后的基板进行搅拌摩擦加工，其中，搅拌头的旋转速度为1180 r/min，前进速度为23.5 mm/min，压下量为0.5 mm，搅拌针长为1.5 mm；

步骤四：进行酸洗处理，即将步骤三加工后的板材浸泡于HCl溶液或H₂SO₄溶液，HCl溶液或H₂SO₄溶液的浓度0.5％～10％mol/L，酸洗时间为10～300 s；

所制备的具有孔径梯度结构的钛基功能材料表层为细小多孔层，具有交叉的孔状结构，内层为疏松多孔层，表层和基体具有不同孔径结构，且表层孔径小于基体孔径。

4.根据权利要求3所述的具有孔径梯度结构的钛基功能材料的制备方法，其特征在于，激光选区熔化过程中的铺粉层厚为30～60 μm，激光功率为300～500 W，扫描速率为800～2000 m/s，扫描间距为0.08～0.15 mm，所述的惰性气体为氮气、氩气或氦气。

5.一种具有孔径梯度结构的钛基功能材料，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的具有孔径梯度结构的钛基功能材料的制备方法制备得到。

6.权利要求5所述的具有孔径梯度结构的钛基功能材料用于制备骨材料的应用。