[发明专利]具有微纳结构的金属制件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种具有微纳结构的金属制件及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：获取金属制件的三维结构模型；提供陶瓷基板；以金属材料和粘结剂为打印材料，根据所述三维结构模型，打印出初始三维金属制件；将所述初始三维金属制件置于所述陶瓷基板上，在真空度为5×10^‑2Pa～1×10^‑3Pa的环境中，升温至1100～2100℃，烧结得到具有微纳结构的金属制件。本发明将3D打印技术和真空烧结工艺相结合，在金属制件表面形成微纳结构，通过营造出适宜的烧结环境，使得形成的微纳结构分布均匀，且整体呈粒状形态或自金属基体延伸出的刺状形态，具有优异的特定功能性，微纳结构与金属基体具有较好的结合强度，有助于提高其功能效果的稳定性。

技术领域

本发明涉及金属制造及表面改性技术领域，具体涉及一种具有微纳结构的金属制件及其制备方法和应用。

背景技术

金属制件具有优良的力学性能而被广泛应用。在某些应用领域，例如，生物医疗领域、金属防腐领域、催化水解领域等，对金属制件具有特定的功能需求，鉴于此，需要对金属制件表面进行改性处理，以使其表面形成微纳级的微观结构，从而使其具有特定功能。

传统的表面微纳结构制备方法包括：喷涂、浸渍、沉积、溅射、微弧氧化等方法。这些方法或是难以在三维结构基体上制备表面微纳结构，或是制备的表面微纳结构分布不均匀，且与制件基体结合强度较差，导致特定功能实现不稳定。因此，开发出一种表面微纳结构和基体结合良好且能实现特定功能性的金属制件制备方法具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种具有微纳结构的金属制件及其制备方法和应用，旨在解决传统制备方法制得的表面微纳结构和基体结合强度差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种具有微纳结构的金属制件的制备方法，所述具有微纳结构的金属制件的制备方法包括以下步骤：

获取金属制件的三维结构模型；

提供陶瓷基板；

根据所述三维结构模型，用打印材料打印出初始三维金属制件，所述打印材料包括金属材料；

将所述初始三维金属制件置于所述陶瓷基板上，在真空度为5×10^-2Pa～1×10^-3Pa的环境中，升温至1100～2100℃，烧结得到具有微纳结构的金属制件。

可选地，所述将所述初始三维金属制件置于所述陶瓷基板上，在真空度为5×10^-2Pa～1×10^-3Pa的环境中，升温至1100～2100℃，烧结得到具有微纳结构的金属制件的步骤中，所述升温时，升温速率为2～25℃/min。

可选地，所述将所述初始三维金属制件置于所述陶瓷基板上，在真空度为5×10^-2Pa～1×10^-3Pa的环境中，升温至1100～2100℃，烧结得到具有微纳结构的金属制件的步骤中，所述烧结的时间为0.5～5h。

可选地，所述提供陶瓷基板的步骤中，

所述陶瓷基板的材质包括氮化硅、氮化铝、氮化硼、碳化硅、碳化硼、氧化铝、氧化锆或者硼化硅。

可选地，所述根据所述三维结构模型，用打印材料打印出初始三维金属制件，所述打印材料包括金属材料的步骤中，所述金属材料包括钽、钛、铌、锆、钼、钨、铍、镁、锌、钽合金、钛合金、铌合金、锆合金、钼合金、钨合金、铍合金、镁合金以及锌合金中的一种或多种。