【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医用，具体涉及一种生物医用高熵合金薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、生物医用高熵合金薄膜，是一种涂覆在医用器械或者设备外表面的高熵合金膜材料，其制备方法不仅直接关系到最终得到的高熵合金薄膜的质量，也关系着该高熵合金薄膜产品在医用场景的推广应用。
2、虽然，目前生物医用材料种类繁多，例如金属、陶瓷、聚合物及其复合材料等，但，高熵合金凭借其高硬度以及优异的耐蚀性能等优点，始终是目前最佳的医用材料选择之一。
3、为了更好地发挥高熵合金材料本身的优越性，制备高熵合金薄膜的方法变得越来越重要，一方面需要尽可能少地增加额外成本，另一方面要在不损失高熵合金材料本身特性的同时，在成膜的同时，使高熵合金膜层相比于未加工的高熵合金材料本身具有更多的产品性能。
4、现在通常的高熵合金薄膜制备方法，为电弧熔炼法。该方法虽然能够获得满足临床医用价值的生物材料，即能够得到耐蚀性和生物相容性兼顾的膜材料，但因为受冷却速率的限制，难以获得成分均匀的单向固溶体高熵合金，其形成的膜材料的耐蚀性较弱，并不能真正解决耐蚀性和生物相容性的矛盾。
5、例如，专利cn110423933a公开的一种生物医用tizrhfnbta系高熵合金及其制备方法，通过加入高生物相容性元素：ti、zr、nb，使制备出的高熵合金具有良好的生物相容性，但是其耐腐蚀性较弱(腐蚀电流密度约为1.7×10-7a/cm2)，无法真正地实现兼顾耐蚀性和生物相容性。简言之，该方法制备出来的高熵合金，并非理想的膜材料。
6、此外，该
7、又如，专利cn117259763a公开的一种用于金属植入体表面生物涂层的高熵合金粉末及其制备方法，使用机械合金化方法可制备出titazrnbmo高熵合金粉末，以得到的高熵合金粉末为原料利用各种表面涂层技术可以获得良好生物学性能的高熵合金涂层，但是先制备粉末再进行涂层沉积整个过程制作成本较高，粉末的制备需要球磨机分级球磨，磨粉工序多，时间长，精度控制要求高，很难得到满足要求的高熵合金材料，用其进行大规模高熵合金膜制作成本过高，不利于在生物医用场景推广。
8、为此，急需提出一种新的高熵合金膜制备方法，使提升耐蚀性，真正达到兼顾耐蚀性和生物相容性，同时，制备方法所耗成本较小，能够在生物医用场景下大规模制备生产。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，能够较低成本制备出一种同时兼具优异耐蚀性和生物相容性的生物医用高熵合金薄膜，可推动高熵合金生物医用薄膜材料发展，尤其在口腔医学和骨科人工关节方面提供理论基础和应用价值。
2、本专利技术提供的基础方案为：一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：
3、步骤一，准备靶材和基体，以hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶为靶材，以硅片和316l不锈钢为基体；
4、步骤二，去除硅片和316l不锈钢基体表面的油污和粘结剂；
5、步骤三，在真空条件下，hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶经直流磁控溅射硅片和316l不锈钢基体进行薄膜沉积，获得生物医用高熵合金薄膜。
6、进一步，步骤一中，hfmonbzr四元合金靶的纯度＞99.95％，其原子比为1：1：1：1；ta金属靶的纯度＞99.95％。
7、进一步，步骤一中，基体经过单面抛光，硅片厚度为480～515μm，316l不锈钢厚度为2～3mm。
8、进一步，步骤二中，去除硅片和316l不锈钢基体表面的油污和粘结剂的具体操作为：在使用去离子水冲洗硅片和316l不锈钢基体之后，将硅片和316l不锈钢基体先后置于石油醚溶液和无水乙醇试剂超声中清洗，频率为30khz，时间为15～30min，清洗完成后将其表面吹干。
9、进一步，步骤三中，薄膜沉积的条件包括：hfmonbzr四元合金靶材直流磁控溅射功率190-210w，ta金属靶直流磁控溅射功率40-60w。
10、进一步，薄膜沉积的条件还包括：hfmonbzr四元合金靶材与硅片和316l不锈钢基体之间的距离为8～11cm，本底真空度低于2×10-3pa，制备温度为室温，沉积时间120min，氩气流量为38～42sccm，氩气纯度≥99.99％。
11、本专利技术还提供一种生物医用高熵合金薄膜，以hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶经直流磁控溅射以硅片和316l不锈钢为基体沉积获得，所述薄膜中各元素原子百分含量分别为hf 17～19％、mo 16～18％、nb 14～16％、zr 13～15％、ta 32～34％。
12、进一步，所述薄膜具有体心立方结构。
13、进一步，所述薄膜在模拟人体溶液中的腐蚀电流密度为3～5na/cm2，腐蚀电位为-0.2～-0.3v，细胞相对活力为105～109％。
14、进一步，一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法制成的薄膜在生物材料的应用。
15、本专利技术的工作原理及优点在于：以hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶经直流磁控溅射同时在硅片和316l不锈钢基体上进行薄膜沉积，获得兼具优异耐蚀性和生物相容性的生物医用高熵合金薄膜。
16、本专利技术与现有技术相比，具有如下优势：
17、本方法通过简化制备流程，采用直流磁控溅射方式，巧妙运用双靶材和双基体，将hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶作为靶材，同时将硅片和316l不锈钢作为基体，充分利用材料本身的特性，使得在薄膜制备过程中，不断地提升耐蚀性，使最终得到的膜材料，耐蚀性得到极大提升，真正做到兼顾耐蚀性和生物相容性。
18、现有直流磁控溅射技术是通过在靶材(通常是待沉积材料的纯金属或合金)和基体之间施加直流电压，产生等离子体放电，进而溅射出靶材原子或分子，沉积在基体上形成薄膜，通过该技术制备的薄膜中元素含量更易精准控制，工艺简单，制备的薄膜均匀度良好；并且该技术具有受冷却速率限制小的优势，在一定程度上能够弥补电弧熔炼法的缺陷，因此本专利技术提出利用直流磁控溅射技术进行高熵合金薄膜制备。
19、常规直流磁控溅射技术采用单靶材和单基体进行薄膜制备，而本专利技术基于制备过程的控制难易程度和制备成本综合考虑，提出一种使用双靶材和双基体的直流磁控溅射方式，从适合生物医用的特殊应用场景，尤其在口腔医学和骨科人工关节方面的应用场景，元素的安全性等方面综合考虑，优选使用hfmonbzr四元合金靶和ta金属靶作为薄膜沉积的靶材，经直流磁控溅射进行沉积，降低了薄膜制备的试错成本，且满足生物医用特殊应用场景的性能要求。
20、在双靶材和双基体的直流磁控溅射技术应用基础上，发现了ta元素含量对薄膜体心立方(bcc)结构形成的影响，由此获得了能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，HfMoNbZr四元合金靶的纯度＞99.95％，其原子比为1：1：1：1；Ta金属靶的纯度＞99.95％。
3.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，基体经过单面抛光，硅片厚度为480～515μm，316L不锈钢厚度为2～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二中，去除硅片和316L不锈钢基体表面的油污和粘结剂的具体操作为：在使用去离子水冲洗硅片和316L不锈钢基体之后，将硅片和316L不锈钢基体先后置于石油醚溶液和无水乙醇试剂超声中清洗，频率为30kHz，时间为15～30min，清洗完成后将其表面吹干。
5.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三中，薄膜沉积的条件包括：HfMoNbZr四元合金靶材直流磁控溅射功率190～210W，Ta金属靶直流磁控溅射功
6.根据权利要求5所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三中，薄膜沉积的条件还包括：HfMoNbZr四元合金靶材与硅片和316L不锈钢基体之间的距离为8～11cm，本底真空度低于2×10-3Pa，制备温度为室温，沉积时间120min，氩气流量为38～42sccm，氩气纯度≥99.99％。
7.一种生物医用高熵合金薄膜，其特征在于，以HfMoNbZr四元合金靶和Ta金属靶经直流磁控溅射以硅片和316L不锈钢为基体沉积获得，所述薄膜中各元素原子百分含量分别为Hf 17～19％、Mo 16～18％、Nb 14～16％、Zr 13～15％、Ta 32～34％。
8.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜，其特征在于，所述薄膜具有体心立方结构。
9.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜，其特征在于，所述薄膜在模拟人体溶液中的腐蚀电流密度为3～5nA/cm2，腐蚀电位为-0.2～-0.3V，细胞相对活力为105～109％。
10.根据权利要求1-6任一所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法制成的薄膜在生物材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，hfmonbzr四元合金靶的纯度＞99.95％，其原子比为1：1：1：1；ta金属靶的纯度＞99.95％。
3.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，基体经过单面抛光，硅片厚度为480～515μm，316l不锈钢厚度为2～3mm。
4.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二中，去除硅片和316l不锈钢基体表面的油污和粘结剂的具体操作为：在使用去离子水冲洗硅片和316l不锈钢基体之后，将硅片和316l不锈钢基体先后置于石油醚溶液和无水乙醇试剂超声中清洗，频率为30khz，时间为15～30min，清洗完成后将其表面吹干。
5.根据权利要求1所述的一种生物医用高熵合金薄膜的制备方法，其特征在于，步骤三中，薄膜沉积的条件包括：hfmonbzr四元合金靶材直流磁控溅射功率190～210w，ta金属靶直流磁控溅射功率40～60w。
【专利技术属性】
技术研发人员：施杰，阮一鸣，杜昊，胡恒宁，李洪林，
申请(专利权)人：成都工具研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。