一种高强塑性且腐蚀速度可控的层状Fe-Zn合金的制备方法及其应用技术

一种高强塑性且腐蚀速度可控的层状Fe

【技术实现步骤摘要】
biodegradable properties of Fe
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Zn alloys prepared by electroforming.Advanced Materials Research,2014；1033
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1034:1200
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1206；王伟强等，电沉积工艺参数及热处理对Fe
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5Zn合金微观组织的影响.中国表面工程,2017；30(6):95
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102；梁婧，镀液组成及pH值对电沉积Fe
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Zn合金组织与性能的影响[D].辽宁:大连理工大学,2019)，但其针对支架应用仍存在以下几方面问题：
[0005](1)现有技术制备的Fe
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Zn合金组织单一(沉积层全是柱状晶显微组织或全是纳米晶组织)，成分相对均匀(沉积层各处合金成分相对一致)，在腐蚀降解时原电池效应较小，腐蚀速率仍然较慢，且腐蚀速率的可调控能力低。利用现有技术制备的具有单一显微组织的Fe
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Zn合金可参见对比例中的图1。
[0006](2)制备的柱状晶Fe
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Zn合金组织内应力小，塑性相对较好，但强度相对较低。而制备的纳米晶Fe
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Zn合金，内应力大，硬度相对较高，但塑性差，易脆裂。合金在强塑性配合方面仍不能满足支架要求，需进一步提高。
[0007](3)现有技术制备的柱状晶Fe
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Zn合金，在腐蚀降解时，腐蚀过程易沿柱状晶晶界向材料内部演化，最终形成点腐蚀，增大支架在应用时发生早期局部断裂的几率。
[0008]为解决生物医用Fe
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Zn合金上述问题，在以上技术基础上可设计一种分段电沉积的方式，即通过调整不同沉积时间段的电参数，制备独立的层状组织合金，调整不同层的组织、成分以及层厚，使得合金的腐蚀速率、腐蚀方式和力学性能达到支架应用要求。
[0009]目前关于分段电沉积或分段电镀层状组织合金的研究或技术，主要关注的是其在表面改性领域的应用，即镀层和基体材料共同作用以实现某些应用需求。如在不锈钢表面制备Zn
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Fe层状合金，其目的是为了提高不锈钢表面的耐蚀能力。层状Zn
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Fe合金的获得是通过改变电镀液的组成实现的(Panagopoulos CN et al.,Zn
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Fe multilayered alloy coatings produced by electrodeposition.SN Appl.Sci.2019；1:114)。再比如使用两种不同镀液可以在阳极氧化铝模板的孔洞中电沉积出多层Cu/Ni纳米线有序阵列，从而改善材料的磁学性能(Zhang WG et al.,Electrodeposition of Ordered Arrays of Multilayered Cu/Ni Nanowires by Dual Bath Technique,Acta Physico
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Chimica Sinica,2006；22:977
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980)。也有利用分段电沉积方法电铸制备层状金属来提高材料强塑性的。文献(Gu CD et al.,Layered nanostructured Ni with modulated hardness fabricated by surfactant
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assistant electrodeposition,Scripta Materialia,2007；57:233
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236)报道了电铸层状纯金属Ni的工作，该工作通过调整不同层的电流密度获得了具有层状显微组织的Ni金属，提高了材料的强塑性。

技术实现思路

[0010]现在技术在层状合金的电铸制备过程中都是通过使用不同电镀溶液或调整脉冲电流密度来实现。然而在本专利技术的实施例实践过程中，在电铸Fe
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Zn合金体系过程中，频率对合金的组织和成分都有着较大的影响。在脉冲电沉积过程中，利用电参数中的频率改变而不是溶液配方或电流密度改变制备层状合金具有以下优点：可以在预置的周期性电参数(脉冲电源自带功能)下进行连续电沉积，而不必频繁更换电解液或中断连续过程；可以避免单一电流密度改变所带来的电沉积副反应的增加，以避免这些干扰因素对电铸合金组织、成分以及性能的影响。因此本专利技术提出一种高强塑性且腐蚀速度可控的层状Fe
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Zn合金
的制备方法及其应用。在单一的电镀液体系中，主要通过改变脉冲频率来电铸制备层状生物医用可降解Fe
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Zn合金，并解决现有单一Fe
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Zn合金在支架应用中所存在的局限性。
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0012]一种高强塑性且腐蚀速度可控的层状Fe
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Zn合金的制备方法，该制备方法在一层Fe
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Zn合金电沉积生长的过程中可加入另一层显微组织和成分与前一层不同的Fe
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Zn合金，包括以下步骤：
[0013]第一步，配制电解液：
[0014]将FeCl2·
4H2O、ZnCl2、NaCl、MnCl2·
4H2O、抗坏血酸C6H8O6、柠檬酸三钠C6H5Na3O7·
2H2O、丙二酸C3H4O4、糖精钠C6H4SO2NNaCO
·
2H2O)、十二烷基硫酸钠CH3(CH2)
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OSO3Na、硼酸H3BO3加入去离子水中配成电解液；
[0015]所述电解液中各物质浓度为：FeCl2的浓度为253.49g/L；ZnCl2的浓度为30.67g/L；NaCl的浓度为45.00g/L；MnCl2的浓度为19.79g/L；抗坏血酸(C6H8O6)的浓度为5.0g/L；柠檬酸三钠(C6H5Na3O7)的浓度为4.412g/L；丙二酸(C3H4O4)的浓度为5.0g/L；糖精钠(C6H4SO2NNaCO)的浓度为1.9g/L；十二烷基硫酸钠(CH3(CH2)
11
OSO3Na)的浓度为0.1g/L；硼酸(H3BO3)的浓度为30g/L。
[0016]第二步，对导电基体进行前处理，进行除油去污；
[0017]第三步，将纯铁作为阳极，将第二步处理后的导电基体作为阴极，放入电解槽中，并施加脉冲电流，采用电沉积法在阴极表面沉积镀层，沉积完成后取出阴极基体，并分离基体和镀层得到层状Fe
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Zn合金，合金中层与层之间的显微组织和成分不同；为了在上述阴极基体上沉积得到层状Fe
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Zn合金，可以将整个脉冲阶段分为不同的工作段，具体方法如下：
[0018]方法一：固定峰值电流密度：
[0019]在整个脉冲过程中固定峰值电流密度，多次调变每个工作段的脉冲频率，每次对应一个工作段，每个工作段对应一层Fe
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Zn合金，不同层的组织本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强塑性且腐蚀速度可控的层状Fe
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Zn合金的制备方法，在一层Fe
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Zn合金电沉积生长的过程中可加入另一层显微组织和成分与前一层不同的Fe
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Zn合金，其特征在于，包括以下步骤：第一步，配制电解液：将FeCl2·
4H2O、ZnCl2、NaCl、MnCl2·
4H2O、抗坏血酸C6H8O6、柠檬酸三钠C6H5Na3O7·
2H2O、丙二酸C3H4O4、糖精钠C6H4SO2NNaCO
·
2H2O、十二烷基硫酸钠CH3(CH2)
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OSO3Na、硼酸H3BO3加入去离子水中配成电解液；第二步，对导电基体进行前处理，进行除油去污；第三步，将纯铁作为阳极，将第二步处理后的导电基体作为阴极，放入电解槽中，并施加脉冲电流，采用电沉积法在阴极表面沉积镀层，沉积完成后取出阴极基体，并分离基体和镀层得到层状Fe
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Zn合金，合金中层与层之间的显微组织和成分不同；为了在上述阴极基体上沉积得到层状Fe
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Zn合金，可以将整个脉冲阶段分为不同的工作段，具体方法如下：方法一：固定峰值电流密度：在整个脉冲过程中固定峰值电流密度，多次调变每个工作段的脉冲频率，每次对应一个工作段，每个工作段对应一层Fe
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Zn合金，不同层的组织、成分以及层厚不同，整个脉冲阶段的总工作时间为5～72小时；所述的峰值电流密度在10～13A/dm2之间进行取值并且保持不变；所述的脉冲频率在50～1000Hz之间进行取值，整个电沉积过程中，相邻工作段的脉冲频率不同；所述的工作段不少于2段；方式二：调变脉冲频率、峰值电流密度法:在整个脉冲阶段，多次调变每个工作段峰值电流密度和脉冲频率，整个脉冲阶段总时间为5～72小时；所述的脉冲频率在50～1000Hz之间进行取值，所述的峰值电流密度在10～13A/dm2之间进行取值，整个脉冲阶段相邻电沉积过程的峰值电流密度、脉冲频率不...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟强，许雅南，史淑艳，王轶农，齐民，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：