【技术实现步骤摘要】
本专利技术是3d打印多孔异形高熵合金构件，属于高熵合金领域。
技术介绍
1、钛合金、钴铬合金等关键金属合金因其优异的生物相容性和机械性能，被广泛应用于人工关节、骨骼植入物和牙齿植入体等医疗器械中，金属材料在体内可能因化学反应产生腐蚀，或者在与骨骼或其他组织接触时磨损，这些现象可能导致植入体性能下降，甚至需要二次手术，因此，高硬度可降低作为承载植入材料在生理环境中工作时“颗粒病”的可能性。同时，人体骨骼具有特定的弹性模量，因此生物医用金属材料的弹性模量应尽可能接近人体骨骼，以实现更好的生物力学相容性，减少应力屏蔽效应，这对于材料与人体骨骼和软组织的相容性和长期稳定性至关重要。较低的弹性模量有助于促进骨整合，减少植入物与骨之间的弹性差异，降低应力屏蔽效应，从而促进骨组织的生长和整合。大部分人体骨组织的弹性模量范围为1-30gpa。然而，纯钛的弹性模量约为110gpa，虽然较其他金属及合金而言，其弹性模量已经较为接近人体骨骼，但与骨组织模量失配仍然会极大影响其使用性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供3d打印多孔异形高熵合金构件，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：3d打印多孔异形高熵合金构件，包括高熵合金和羟基磷酸钙，按重量份：高熵合金为35-55％，羟基磷酸钙为43-65％。
3、3d打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：确定合金中的
5、步骤2：高熵材料制备；
6、步骤3：复合材料的制备；
7、步骤4：激光3d打印。
8、具体地，在所述步骤1中，合金中的关键金属元素为钛、铌、钽、铬和铪，使用量子力学和固体物理的基本原理来计算合金的电子结构，计算合金的总能量、电子态密度、能带结构等，采用机械合金化的方法合成设计好的合金，并使用透射电子显微镜、扫描电子显微镜来观察合金的微观结构，进行拉伸测试、压缩测试和硬度测试来评估合金的力学性能。
9、具体地，在所述步骤2在，利用tio2、zro2、hfo2、nb2o5、ta2o5与b4c作为原材料，采用硼碳热还原法粉体的制备工艺，反应温度为2050℃、保温时间为15min，实现单相高熵硼化物粉体的合成，粉体平均粒径约为431nm，通过b4c原料过量的方法实现粉体氧杂质含量的有效控制，最终实现高纯、单相纳米粉体的有效制备。
10、具体地，在所述步骤3中，采用溶胶-凝胶法进行羟基磷酸钙/高熵合金复合材料的制备，利用ca(no3)2·4h2o和p2o5为原料，调整前驱体浓度0.05-0.2m，制备羟基磷酸钙前驱体溶胶，将制备完成的多孔高熵合金支架充分浸入羟基磷酸钙前驱体溶液中，通过调控溶液ph值，ph值范围为2-4，以及控制反应温度400-800℃，实现前驱体溶胶向羟基磷酸钙涂层的转化，并使用x射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术评估羟基磷酸钙的包覆均匀性和完整性，将复合材料浸泡在37℃、ph 7.4的磷酸盐缓冲溶液的模拟体液中，定期取出厚测试其质量损失和表面形貌变化，定期时间为1天、7天或30天，并在模拟体液中进行电化学阻抗谱测试，设置频率范围从10-2hz至15hz，综合评估复合生物材料的稳定性、耐腐蚀性以及生物相容性。
11、具体地，在所述步骤4中，优化激光3d打印的工激光功率、扫描速度和层厚，激光功率从50w开始，逐步增加至200w，每次增加10w；扫描速度的范围设置为0.1mm/s-10mm/s，层厚设置范围为0.05mm-0.5mm，以直线、螺旋或之字形改变打印路径模式，进行后处理技术优化实验，热处理温度范围500-1000℃，保温时间1-10h，控制孔隙度在40％至60％的范围内，随后将样品进行压缩测试、三点弯曲测试和疲劳测试。
12、本专利技术的有益效果：
13、孔隙结构在生物材料中不仅为细胞提供了必要的附着和生长空间，还促进了细胞与材料表面的互动，适宜的孔隙尺寸和分布能够有效促进细胞的铺展、增殖以及分化，此外，孔隙结构还可用作药物载体，实现药物的缓释和控释，从而提升药物的疗效和安全性，孔隙结构还能降低生物材料的密度，减轻重量，同时维持一定的力学性能。
14、结合3d打印增材制造工艺，实现多孔高熵合金支架的有效制备，采用凝胶-溶胶工艺实现羟基磷灰石在多孔高熵合金表面的原位沉积，阐明羟基磷灰石的生长及微结构调控机制，实现羟基磷灰石/高熵合金多孔复合生物材料的有效制备，最终实现植入类生物复合材料在稳定性、耐腐蚀性、药物释放机制和抗菌性能方面的全面提升。
15、高熵合金具有高硬度、良好的抗疲劳性能和优异的耐腐蚀性，与羟基磷灰石结合后，复合生物材料可以在保持生物相容性的同时，提供更好的力学支撑，适用于承重较大的硬组织修复，通过实现复合材料孔结构，保证羟基磷灰石和高熵合金之间良好、均匀的界面结合，从而避免裂纹和相分离等因素对人体造成的损伤。
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1.3D打印多孔异形高熵合金构件，其特征在于包括高熵合金和羟基磷酸钙，按重量份：高熵合金为35-55％，羟基磷酸钙为43-65％。
2.根据权利要求1所述的3D打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的3D打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，合金中的关键金属元素为钛、铌、钽、铬和铪，使用量子力学和固体物理的基本原理来计算合金的电子结构，计算合金的总能量、电子态密度、能带结构等，采用机械合金化的方法合成设计好的合金，并使用透射电子显微镜、扫描电子显微镜来观察合金的微观结构，进行拉伸测试、压缩测试和硬度测试来评估合金的力学性能。
4.根据权利要求2所述的3D打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤2在，利用TiO2、ZrO2、HfO2、Nb2O5、Ta2O5与B4C作为原材料，采用硼碳热还原法粉体的制备工艺，反应温度为2050℃、保温时间为15min，实现单相高熵硼化物粉体的合成，粉体平均粒径约为431nm，通过B4C原料过量的方法实现粉体氧杂质含量的有效控制
5.根据权利要求1所述的3D打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤3中，采用溶胶-凝胶法进行羟基磷酸钙/高熵合金复合材料的制备，利用Ca(NO3)2·4H2O和P2O5为原料，调整前驱体浓度0.05-0.2M，制备羟基磷酸钙前驱体溶胶，将制备完成的多孔高熵合金支架充分浸入羟基磷酸钙前驱体溶液中，通过调控溶液pH值，pH值范围为2-4，以及控制反应温度400-800℃，实现前驱体溶胶向羟基磷酸钙涂层的转化，并使用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术评估羟基磷酸钙的包覆均匀性和完整性，将复合材料浸泡在37℃、pH 7.4的磷酸盐缓冲溶液的模拟体液中，定期取出厚测试其质量损失和表面形貌变化，定期时间为1天、7天或30天，并在模拟体液中进行电化学阻抗谱测试，设置频率范围从10-2Hz至15Hz，综合评估复合生物材料的稳定性、耐腐蚀性以及生物相容性。
6.根据权利要求1所述的3D打印多孔异形高熵合金构件，其特征在于：在所述步骤4中，优化激光3D打印的工激光功率、扫描速度和层厚，激光功率从50W开始，逐步增加至200W，每次增加10W；扫描速度的范围设置为0.1mm/s-10mm/s，层厚设置范围为0.05mm-0.5mm，以直线、螺旋或之字形改变打印路径模式，进行后处理技术优化实验，热处理温度范围500-1000℃，保温时间1-10h，控制孔隙度在40％至60％的范围内，随后将样品进行压缩测试、三点弯曲测试和疲劳测试。
...【技术特征摘要】
1.3d打印多孔异形高熵合金构件，其特征在于包括高熵合金和羟基磷酸钙，按重量份：高熵合金为35-55％，羟基磷酸钙为43-65％。
2.根据权利要求1所述的3d打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的3d打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤1中，合金中的关键金属元素为钛、铌、钽、铬和铪，使用量子力学和固体物理的基本原理来计算合金的电子结构，计算合金的总能量、电子态密度、能带结构等，采用机械合金化的方法合成设计好的合金，并使用透射电子显微镜、扫描电子显微镜来观察合金的微观结构，进行拉伸测试、压缩测试和硬度测试来评估合金的力学性能。
4.根据权利要求2所述的3d打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤2在，利用tio2、zro2、hfo2、nb2o5、ta2o5与b4c作为原材料，采用硼碳热还原法粉体的制备工艺，反应温度为2050℃、保温时间为15min，实现单相高熵硼化物粉体的合成，粉体平均粒径约为431nm，通过b4c原料过量的方法实现粉体氧杂质含量的有效控制，最终实现高纯、单相纳米粉体的有效制备。
5.根据权利要求1所述的3d打印多孔异形高熵合金构件的制备方法，其特征在于：在所述步骤3中，采用溶胶-凝胶法进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏铭堃，
申请(专利权)人：安徽恒利增材制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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