【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于抗菌材料，特别涉及一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料及其制备方法。
技术介绍
1、骨骼问题，如骨折、骨缺损和关节病变等，极大地降低了人们的健康水平和生活品质。在治疗这些疾病时，骨修复植入手术是骨科医学中的一种常用策略。然而，骨修复植入体的长期稳定性、生物相容性以及术后感染的防治仍然是亟待解决的关键问题。
2、在骨科植入领域，常用的材料主要包括不锈钢、钴铬钼(cocrmo)合金以及钛(ti)合金等。得益于其出色的生物相容性、耐腐蚀特性、高强度和低弹性模量（介于80 gpa至160gpa之间），钛合金已经逐渐成为金属植入材料的优先选择。相比之下，不锈钢316l和co-cr-mo合金的弹性模量均超过200 gpa，远高于钛合金。钛合金较低的弹性模量使得植入体与骨组织之间的应力更加均匀分布，有利于减轻“应力屏蔽”现象导致的骨吸收和植入体松动问题。然而，钛合金植入体存在的缺陷不可忽视：首先，现有的低弹性模量钛合金通常包含如铌(nb)、钽(ta)等高熔点且价格昂贵的金属元素，这会导致其制备成本较高。其次，钛合金的耐磨性较差，在人体生理环境中因发生摩擦腐蚀等问题，从而释放出微小的金属颗粒，导致周围组织发炎进而影响患者健康。与钛合金相比，cocrmo合金虽然具有更高的弹性模量，但其出色的耐磨性表现确保了在长期使用中的稳定性。
3、上述传统骨科植入体材料在医疗实践中广泛应用并取得显著成效，但缺乏抗菌性限制了其在植入领域的发展。目前，全球每年因术后细菌感染而导致的医疗资源浪费以及治疗费用都是不可
4、基于上述背景，通过结合cocrmo合金和钛合金的优势，并加入钛(ti)、锆(zr)元素和具有抗菌性能的铜(cu)元素，成功开发一种新型的抗菌中熵合金，即tizrcocrmocu合金。tizrcocrmocu合金拥有ti合金低模量和高生物相容性的同时，还获得了cocr合金的高耐磨性能。针对cocr合金长期使用时缓慢释放co和cr离子的问题，该合金减少了co和cr元素的含量，并利用中熵合金特有的迟滞扩散效应，显著减缓这些元素的扩散速率。zr元素具有良好的生物相容性，能够与ti无限互溶。cu元素则赋予合金强大的抗菌能力，通过破坏细菌细胞膜、抑制细菌生长，从而降低感染的可能性。
5、综上所述，本专利申请旨在提供一种促进骨抗菌钛合金的制备方法及其应用，为骨修复领域的技术进步和临床治疗提供有力支持。。
技术实现思路
1、针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金及其制备方法，主要目的在于设计获得同时具有抗菌功能性和优异促成骨性能的抗菌中熵合金。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1：制备cocrmo中间合金
5、将co、cr和mo颗粒以目标合金成分原子数百分比进行配比，预处理后进行两次以上熔炼，得到稳定cocrmo中间合金，将所述cocrmo中间合金切割成颗粒；
6、步骤2：抗菌中间合金的制备
7、如果目标合金中cu的原子数百分比大于0，按目标合金成分原子数百分比混合ti、cu颗粒，预处理后进行两次以上熔炼，切割成抗菌中间合金颗粒，为a合金颗粒；
8、如果目标合金中cu的原子数百分比等于0，ti颗粒即为a合金颗粒；
9、步骤3：终体合金的制备
10、将cocrmo中间合金颗粒和a合金颗粒混合，zr颗粒放置于顶部，cocrmo中间合金颗粒和a合金颗粒置于底部，预处理后进行两次以上熔炼，得到具有促进骨和抗菌功能的tizrcocrmocu合金。
11、所述步骤1、2、3中预处理过程为：在真空环境下多次使用氩气冲洗原料金属颗粒；真空度为10-4pa。
12、所述步骤1、2中，所有原料金属颗粒纯度需在99.9% (wt.%)以上，将金属颗粒使用酒精超声清洗去油污，并在通风橱中进行干燥处理，使金属颗粒表面没有氧化皮等异物。
13、所述步骤1、2、3中，原料金属颗粒为直径2 mm，长度3 mm的小圆柱，其中抗菌中间合金中cu的原子分数为40%~50%。
14、所述步骤1、2、3中，所述熔炼的温度为1400~1800 ℃，熔炼时间为50~65 s，翻转一次后重新熔炼。
15、一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料，采用上述方法制得，所述合金材料的化学通式为tiazrbcoccrdmoecuf(at.%)，其中，33<a≤45，33<b≤45，11<c≤15，5<d≤10，0.5<e≤2，0≤f≤10。
16、优选的，所述促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的压缩强度为1242~1435mpa，弹性模量为94~105 gpa；对表面粘附的大肠杆菌抗菌率达95.1%。
17、优选的，小鼠成骨细胞（mt3t3细胞）与所述促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料共培养第3、5、7天后的细胞增殖率远高于纯ti，且其表面成骨细胞形态和细胞密度亦比纯ti更优异。
18、与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：
19、本专利技术通过真空熔炼技术，依据抗菌中间合金中cu的原子分数调整熔炼功率和时间，并加入cocrmo中间合金，通过翻转重熔工艺完成抗菌中熵合金的制备。该合金设计允许ti、zr、co、cr、mo、cu等元素的原子分数在较宽范围内调整，以达到强度、弹性模量、抗菌性和细胞相容性之间的最佳匹配，适合于多种应用场景。与传统的医用植入材料相比，本专利技术的制备过程更为简化，不需复杂热处理，且由于不包含nb、ta等难熔贵金属，降低了合金的熔点和提高了铸造性能，有效减少成本。该合金结合了钛合金的优良生物相容性和低弹性模量以及cocr合金的出色耐磨性。cu的添加赋予了合金抗菌性能，由于中熵合金的缓慢扩散效应，cu元素会缓慢的扩散到合金周围环境中。这种特殊效应在不增加细胞毒性的同时，还显著降低了植入物手术的感染风险，从而促进患者伤口愈合和恢复。
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1.一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2. 根据权利要求1所述的一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2、3中预处理过程为：在真空环境下多次使用氩气冲洗原料金属颗粒；真空度为10-4 Pa。
3.根据权利要求1所述的一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2中，所有原料金属颗粒纯度需在99.9%(wt.%)以上，将金属颗粒使用酒精超声清洗去油污并在通风橱中进行干燥处理，使金属颗粒表面没有氧化皮等异物。
4. 根据权利要求1所述的一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2、3中，原料金属颗粒为直径2 mm，长度3 mm的小圆柱，其中所述抗菌中间合金中Cu的原子分数为40%~50%。
5. 根据权利要求1所述的一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2、3中，所述熔炼的温度为1400~1800 ℃，
6.一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料，采用权利要求1-5任一项所述方法制得，其特征在于，所述合金材料的化学通式为TiaZrbCocCrdMoeCuf (at.%)，其中，33<a≤45，33<b≤45，11<c≤15，5<d≤10，0.5<e≤2，0≤f≤10。
7. 根据权利要求6所述的一种促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料，其特征在于，所述促成骨TiZrCoCrMoCu抗菌中熵合金材料的压缩强度为1242~1435 MPa，弹性模量为94~105Gpa；对表面粘附的大肠杆菌8小时抗菌率达95.1%。
...【技术特征摘要】
1.一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2. 根据权利要求1所述的一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2、3中预处理过程为：在真空环境下多次使用氩气冲洗原料金属颗粒；真空度为10-4 pa。
3.根据权利要求1所述的一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2中，所有原料金属颗粒纯度需在99.9%(wt.%)以上，将金属颗粒使用酒精超声清洗去油污并在通风橱中进行干燥处理，使金属颗粒表面没有氧化皮等异物。
4. 根据权利要求1所述的一种促成骨tizrcocrmocu抗菌中熵合金材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1、2、3中，原料金属颗粒为直径2 mm，长度3 mm的小圆柱，其中所述抗菌中间合金中cu的原子分数为40%~50%。...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐大可，于航，赵晓丽，王彩旭，周恩泽，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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