[发明专利]一种梯度微纳结构Ti-TiZnX

说明书

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种梯度微纳结构Ti‑TiZn_X层状复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将纯钛片和纯锌片切割成相同大小并清洁表面后依次间隔叠放并固定，得到叠层片材；将得到的叠层片材进行复合轧制处理：先在一定温度下进行热轧，再进行冷轧，实现纯钛与纯锌片材的初步结合，得到纯钛‑纯锌结合样品；将轧制后的纯钛‑纯锌结合样品在一定温度下进行扩散热处理，在相邻纯钛片层中间的锌层区域内形成TiZn₃及TiZn_X化合物的梯度微纳结构，即得到所述梯度微纳结构Ti‑TiZn_X层状复合材料。本发明制备的复合层纯钛基体与化合物层结合力强，在纯钛层之间形成了钛锌元素的复合区，复合区内成分和组织梯度分布。

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种梯度微纳结构Ti-TiZn_X层状复合材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金因为密度小，比强度高的特点被广泛用于航空航天领域。此外，由于质量较轻、弹性模量低、综合力学性能优异，以及无毒、良好的耐腐蚀性和生物相容性等特点，钛被广泛用于骨移植材料、牙科植入物、介入治疗支架等场景、同时也是手术器械的良好原材料。但钛材料本身还存在着弹性模量与人骨相比仍略高，表面活性差等缺点，这些都影响着钛生物相容性的发挥，不能满足临床应用的多种需求，而合金化工艺是降低纯钛弹性模量，提高材料强度的有效途径。

锌是人体内必须的微量元素之一，在促进人体生长发育、合成人体多种必须酶、增强人体免疫力、维持人体正常食欲等方面发挥着重大作用，享有“生命之花”、“智力之源”等美誉。锌具有良好的生物相容性，植入人体后，没有明显的慢性炎症反应、坏死或增生反应。同时，锌在人体环境中会自发降解消失，降解的同时没有氢气产生。得益于良好的生物特性和可降解特性，锌被广泛用作人体植入材料，在人体修复中发挥重大作用。但锌的力学性能较差，无法满足植入后承载部位的性能需求；同时锌在人体的降解速度难以控制，当Zn⁺在人体内的含量超过阈值时会导致神经毒性；这些又限制了锌的自由医用。

有机结合钛或钛合金的力学、耐蚀性能和可降解金属锌的生物特性是目前生物医用金属领域的研究重点和热点，也是国内外医用金属应用高强、低弹、细胞有效生长和融合的迫切需求。已有研究表明，钛和锌在载体中一起植入生物体时，锌离子具有“促进骨生成”和“改善钛植入体稳定性”的作用。然而，钛和锌真正复合还是医用材料领域的研究盲点。因此，在钛和锌之间开发出一种“物相均匀，既能发挥钛良好的力学作用，又能可控地发挥锌作为人体必须微量元素的生物作用，并使两者互相促进功能发挥”的复合结构，并形成明晰的复合结构制备方法，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种梯度微纳结构Ti-TiZn_X层状复合材料的制备方法，解决现有液态成型方式难以制备钛锌间化合物，以至于钛锌两种材料难以实现复合医用的难题，提供了一种钛锌间不同金属化合物层梯度分布且晶粒尺寸均在微纳级的复合结构及其制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种梯度微纳结构Ti-TiZn_X层状复合材料，在相邻纯钛片层的锌层区域形成了TiZn₃、TiZn_X等不同原子比的钛锌化合物的纳米级梯度分层结构。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种梯度微纳结构Ti-TiZn_X层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纯钛片和纯锌片切割成相同大小并清洁表面后依次间隔叠放并固定，得到叠层片材；

(2)将步骤(1)得到的叠层片材进行复合轧制处理：先在一定温度下进行热轧，再进行冷轧，实现纯钛与纯锌片材的初步结合，得到纯钛-纯锌结合样品；