[发明专利]一种金属点阵结构材料处理方法及其应用

说明书

本发明公开了一种金属点阵结构材料处理方法及其应用。该金属点阵结构材料处理方法包括以下步骤：将金属点阵结构材料进行化学处理，再进行热等静压处理，然后退火。本发明提供的金属点阵结构材料处理方法具有成本低，效益高，步骤简单，可产业推广的优点；该处理方法可以有效降低点阵结构的表面不规则性，消除增材制造点阵结构的内外部及组织缺陷，改善点阵结构的疲劳性能；本发明提供的改性金属点阵结构材料可应用于增材制造领域，本发明提供的金属点阵结构材料处理方法可应用于金属材料加工领域。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种金属点阵结构材料处理方法及其应用。

背景技术

基于增材工艺制备的钛合金点阵结构具有优异的生物相容性，以及可控的拓扑结构、力学性能，是理想的骨修复材料。增材制造点阵结构骨植入材料必须同时满足高强度、高硬度、低杨氏模量、高延展性和高疲劳性能，但是这些要求同时完全满足十分困难，因为增加屈服强度通常会提高杨氏模量并降低延展性。由于激光选区熔化法(SLM)的增材制造工艺具有急冷急热的特点，因此未进行热处理的组织存在脆硬的α’相。α’相对裂纹有非常高的敏感性，一旦出现微裂纹就极易引起脆性断裂，因此其疲劳服役性能差。此外，由于增材制造所制备的钛合金点阵结构外表面存在大量粘附粉末，容易引起表面应力集中，促进裂纹的萌生，导致了较差的表面质量，且点阵结构内部存在孔隙，作为裂纹萌生点，降低点阵结构疲劳性能。

钛合金点阵结构与钛合金块体零件的后处理方式有较大的差异。与块体零件相比，点阵结构内部存在空洞区域，采用块体零件的表面处理方法无法实现点阵结构的内外部受到同等程度的处理。此外，与块体零件相比，点阵结构的热等静压过程中不能使用包套处理，这也限制了点阵结构材料疲劳性能的改善。目前还没有一种有效的处理方法能解决金属点阵结构疲劳性能差的问题，因此，有必要开发一种能解决上述金属点阵结构疲劳性能差的处理方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种金属点阵结构材料处理方法；本发明的目的之二在于提供一种改性金属点阵结构材料；本发明的目的之三在于提供这种改性金属点阵结构材料的应用；本发明的目的之四在于提供这种金属点阵结构材料处理方法的应用。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面提供一种金属点阵结构材料处理方法，包括以下步骤：

将金属点阵结构材料进行化学处理，再进行热等静压处理，然后退火。

优选的，所述金属点阵结构材料由包括增材制造激光选区熔化法和电子束选区熔化法中的至少一种制备得到。

优选的，所述金属点阵结构材料形状包括菱形或Gyroid等。

优选的，所述金属点阵结构材料包括Ti-6Al-4V、CP-Ti、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-12Mo-6Zr-2Fe、Ti-24Nb-4Zr-8Sn、Ti-Ni中的至少一种；进一步优选的，所述金属点阵结构材料包括Ti-6Al-4V和Ti-Ni中的至少一种。

优选的，所述化学处理为酸洗。

优选的，所述酸洗用的酸包括硝酸、硫酸、氢氟酸、盐酸中的至少一种；进一步优选的，所述酸洗用的酸包括硝酸和氢氟酸中的至少一种；再进一步优选的，所述酸洗用的酸为硝酸和氢氟酸的混合物；更优选的，所述酸洗用的酸为硝酸和氢氟酸以摩尔比1：(0.5-5)混合的混合物。

优选的，所述热等静压满足以下至少一项条件：

所述热等静压的温度为800℃-1200℃；

所述热等静压的压力为100MPa-160MPa；

所述热等静压的时间为1h-3h。