[发明专利]一种具有复合结构的3D打印Ti-Nb合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有复合结构的3D打印Ti‑Nb合金及其制备方法，该合金材料包括所述Ti‑Nb合金表面具有Zr‑Ta‑Zn合金层；所述Zr‑Ta‑Zn合金层表面通过等离子刻蚀方法形成峰谷微结构后，在Zr‑Ta‑Zn合金层表面制备HA涂层；所述Zr‑Ta‑Zn合金层中的沉积层厚度在5～8μm，所述Zr‑Ta‑Zn合金层中的扩散层厚度在5～10μm；所述HA涂层厚度为5～8μm。本发明在3D打印Ti‑Nb合金表面制备Zr‑Ta‑Zn合金层，合金层与基体结合良好，且具有良好的耐腐蚀性和抗菌性能，并通过在Zr‑Ta‑Zn合金层表面形成峰谷微结构，采用射频磁控溅射方法制备HA涂层，峰谷微结构的设计增大了HA涂层与Zr‑Ta‑Zn合金层的接触面积，提高了其结合强度，制备的复合涂层具有良好的耐腐蚀性、抗菌性和骨诱导性等功能，从而满足植入体在人体内长期服役的目的。

技术领域

本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别涉及一种具有复合结构的3D打印Ti-Nb合金及其制备方法。

背景技术

钛及其合金具有质量轻、强度高等优良的综合力学性能，并且具有良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学领域，尤其用于医用植入物材料以替代受损伤的人体骨骼、关节等。目前，钛合金可以分为α型、α+β型和β型钛合金三类，目前应用广泛的纯钛Ti(α型)和Ti-6Al-4V(α+β型)的弹性模量仍高于人骨的弹性模量，这种钛合金植入件与人骨弹性模量的不匹配，在植入人体后时容易诱发“应力屏蔽”效应。此外，Al和V的释放会导致长期的健康问题，如骨软化症和神经性疾病。目前新开发的β型钛合金(Ti-Nb基合金)由于其完全由无毒元素组成，并且具有更低的弹性模量和更好的生物相容性，具有更大的应用潜力。

近年来，3D打印技术在骨科植入材料的制备方面取得了很大进展，技术逐渐发展成熟。Wysocki在2017年出版的《Journal of Materials ProcessingTechnology》第241期“Microstructure and mechanical properties investigation ofCP titanium processed by selective laser melting(SLM)”一文中采用激光选区熔化技术并通入少量氧气进行工业纯钛的制造，研究发现其力学性能比一些传统钛合金更加优越。在3D打印技术中，电子束熔丝制造技术是通过计算机设计分层，采用送丝的方式实现材料的添加，通过电子枪融化丝材并逐层堆积最终成型三维实体，并且具有制造效率高，零件质量好，可消除层间未结合的缺陷等优势。