CN109930087A - 一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，所述制备方法是以锆基非晶合金制成的圆盘作为工作电极，利用旋转圆盘电极系统，在锆基非晶合金表面制备纳米结构层。本发明的制备方法可以在锆基非晶合金表面形成一层纳米结构层，纳米结构层由许多直径在10‑30nm之间的纳米棒组成，纳米棒之间形成均匀的微孔，将带有纳米结构层的锆基非晶合金植入体内，有利于骨长入，与目标组织之间形成骨性结合；本发明采用旋转圆盘电极系统制备纳米结构层，纳米结构层形成的过程中，旋转圆盘的高速旋转可以将副产物以及杂质从盘面甩开，避免副产物及杂质对纳米结构层造成不利影响，获得更加均匀细腻的纳米结构层。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法。
背景技术
非晶合金一般由五种以上的金属元素组成，且每种金属元素的含量均大于5％。是一种高混乱度的亚稳态合金材料。以锆为主要元素的锆基非晶合金，因其多元素竞争形核的特点，较易形成非晶态结构。与传统植入体材料Ti合金相比，Zr基非晶合金具有更高的强度和硬度，更加接近人体骨骼的弹性模量，可作为下一代植入体材料。作为长期植入人体的生物材料，不仅要具有良好的生物力学性能，而且还要有优异的耐蚀性和生物相容性。
然而，未经处理的锆基非晶合金表面呈生物惰性，植入体内后很难与目标组织形成骨性结合，因此，需要设法提高其生物活性。植入材料的表面结构特征对其生物活性的提高具有重要的作用，纳米化的表面结构可显著提高植入材料的生物活性，提高植入物与目标组织之间的生物结合率。
另外，未经处理的锆基非晶合金耐蚀性相对较差，腐蚀会导致金属离子进入周围组织，影响细胞内的生物化学反应，同时，腐蚀产物和腐蚀电流还会激活组织，影响机体的新陈代谢。因此，在提高锆基非晶合金表面生物相容性的同时提高其耐蚀性，对于锆基非晶合金作为植入体材料的发展来说是十分必要的。
发明内容
为了解决锆基非晶合金表面呈生物惰性，植入体内后难以与目标组织形成骨性结合且耐蚀性差的问题，本发明公开了一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，采用旋转圆盘电极系统在锆基非晶合金表面制备了一层纳米结构层，提高的锆基非晶合金表面的生物活性和耐蚀性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，所述制备方法是以锆基非晶合金制成的圆盘作为工作电极，利用旋转圆盘电极系统，在锆基非晶合金表面制备纳米结构层。
作为优选，上述锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，包括如下具体步骤：将三电极放入含有氟离子的电解液中，调整工作电极电压、工作电极转速、电解液温度和电压输出时间，施加电压，制备纳米结构层。
作为优选，上述电解液为含氟离子的乙二醇水溶液。
作为优选，上述电解液中氟离子的浓度为0.3～0.5mol/L，水的体积百分比为5～20％。
作为优选，上述工作电极电压为8～13V，所述工作电极转速为800～1200rpm。
作为优选，上述电解液温度为20～30℃，所述电压输出时间为30-40min。
作为优选，上述旋转圆盘电极系统中还包括参比电极和辅助电极，所述参比电极为饱和甘汞电极，所述辅助电极为惰性电极。
作为优选，上述饱和甘汞电极在室温下的电位为0.241V，所述惰性电极为正方形的石墨或铂片。
作为优选，上述以锆基非晶合金制成的圆盘由环氧树脂进行封装。
作为优选，上述锆基非晶合金由Zr、Cu、Ni、Ti、Al五种元素组成，各元素的质量百分比为Zr 50-65％、Cu 15-25％、Ni 10-15％、Ti 5-10％、Al 5-10％。
本发明具有如下的有益效果：(1)本发明的制备方法可以在锆基非晶合金表面形成一层纳米结构层，纳米结构层具有均匀的微孔，将带有纳米结构层的锆基非晶合金植入体内，有利于骨长入，与目标组织之间形成骨性结合；
(2)本发明采用旋转圆盘电极系统制备纳米结构层，纳米结构层形成的过程中，旋转圆盘的高速旋转可以将副产物以及杂质从盘面甩开，避免副产物及杂质对纳米结构层造成不利影响，获得更加均匀细腻的纳米结构层；
(3)本发明采用旋转圆盘电极系统，并结合特定的工作电极电压、工作电极转速和氟离子浓度，制备出具有良好耐腐蚀性能的纳米结构层。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1所制备纳米结构层的扫描电镜图。
图2是将未处理的锆基非晶合金(Zr based BMG)和具有实施例1所制备纳米结构层的锆基非晶合金(Zr based BMG after anodizing)在0.3mol/LNaCl溶液中进行耐腐蚀性能测试后所获得的Tafel极化曲线。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，包括如下具体步骤：将三电极放入含有氟离子的电解液中，调整工作电极电压、工作电极转速、电解液温度和电压输出时间，施加电压，制备纳米结构层。
其中，三电极分别为：工作电极：以锆基非晶合金制成的圆盘，参比电极：饱和甘汞电极(室温下的电位为0.241V)，辅助电极：正方形的石墨或铂片。
电解液为含氟离子的乙二醇水溶液。
锆基非晶合金由Zr、Cu、Ni、Ti、Al五种元素组成，各元素的质量百分比为Zr 50-65％、Cu 15-25％、Ni 10-15％、Ti 5-10％、Al 5-10％。
在将以锆基非晶合金制成的圆盘作为工作电极放入含有氟离子的电解液中之前，先对其进行预处理，先除油，再清洗，再酸洗，再清洗，然后用环氧树脂封装圆盘。
实施例1
将工作电极、饱和甘汞电极和辅助电极(正方形铂片)放入电解液中，调整工作电极电压为8V(vs SCE)，工作电极转速为800rpm，电解液温度为25℃、电压输出时间为40min，施加电压，断电后取出圆盘，清洗并干燥，得到表面具有纳米结构层的锆基非晶合金。
其中，电解液是将氟化钠溶于水，再将氟化钠水溶液与乙二醇混合得到，氟离子浓度为0.4mol/L，水的体积百分比为5％。
图1是实施例1所制备纳米结构层的扫描电镜图，从图1中可以看出，处理后的锆基非晶合金表面形成了一层均匀致密的纳米结构层。
图2是将未处理的锆基非晶合金(Zr based BMG)和具有实施例1所制备纳米结构层的锆基非晶合金(Zr based BMG after anodizing)在0.3mol/LNaCl溶液中进行耐腐蚀性能测试后所获得的Tafel极化曲线，从图2可以看出，具有实施例1所制备的纳米结构层的锆基非晶合金的腐蚀电位高于未处理的锆基非晶合金，说明采用本发明方法在锆基非晶合金表面制备出纳米结构层提高了锆基非晶合金的耐蚀性能。
实施例2
将工作电极、饱和甘汞电极和辅助电极(正方形铂片)放入电解液中，调整工作电极电压为10V(vs SCE)，工作电极转速为1000rpm，电解液温度为25℃、电压输出时间为40min，施加电压，断电后取出圆盘，清洗并干燥，得到表面具有纳米结构层的锆基非晶合金。
其中，电解液是将氟化钠溶于水，再将氟化钠水溶液与乙二醇混合得到，氟离子浓度为0.4mol/L，水的体积百分比为10％。
实施例3
将工作电极、饱和甘汞电极和辅助电极(正方形石墨)放入电解液中，调整工作电极电压为13V(vs SCE)，工作电极转速为1200rpm，电解液温度为20℃、电压输出时间为30min，施加电压，断电后取出圆盘，清洗并干燥，得到表面具有纳米结构层的锆基非晶合金。
其中，电解液是将氟化钠溶于水，再将氟化钠水溶液与乙二醇混合得到，氟离子浓度为0.3mol/L，水的体积百分比为20％。
实施例4
将工作电极、饱和甘汞电极和辅助电极(正方形石墨)放入电解液中，调整工作电极电压为13V(vs SCE)，工作电极转速为1200rpm，电解液温度为20℃、电压输出时间为30min，施加电压，断电后取出圆盘，清洗并干燥，得到表面具有纳米结构层的锆基非晶合金。
其中，电解液是将氟化钠溶于水，再将氟化钠水溶液与乙二醇混合得到，氟离子浓度为0.4mol/L，水的体积百分比为5％。
实施例5
将工作电极、饱和甘汞电极和辅助电极(正方形铂片)放入电解液中，调整工作电极电压为8V(vs SCE)，工作电极转速为1000rpm，电解液温度为30℃、电压输出时间为40min，施加电压，断电后取出圆盘，清洗并干燥，得到表面具有纳米结构层的锆基非晶合金。
其中，电解液是将氟化钠溶于水，再将氟化钠水溶液与乙二醇混合得到，氟离子浓度为0.5mol/L，水的体积百分比为20％。
对比例1与实施例5基本相同，不同之处在于，工作电极电压为6V(vs SCE)。
对比例2与实施例5基本相同，不同之处在于，工作电极电压为15V(vs SCE)。
对比例3与实施例5基本相同，不同之处在于，工作电极转速为0rpm。
对比例4与实施例5基本相同，不同之处在于，工作电极转速为600rpm。
对比例5与实施例5基本相同，不同之处在于，氟离子浓度为0.2mol/L。
对比例6与实施例5基本相同，不同之处在于，氟离子浓度为0.7mol/L。
对具有实施例1-5和对比例1-6所制备纳米结构层的锆基非晶合金进行性能测试，测试结果见表1。
表1
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述制备方法是以锆基非晶合金制成的圆盘作为工作电极，利用旋转圆盘电极系统，在锆基非晶合金表面制备纳米结构层。
2.如权利要求1所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：包括如下具体步骤：将三电极放入含有氟离子的电解液中，调整工作电极电压、工作电极转速、电解液温度和电压输出时间，施加电压，制备纳米结构层。
3.如权利要求2所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述电解液为含氟离子的乙二醇水溶液。
4.如权利要求3所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述电解液中氟离子的浓度为0.3~0.5mol/L，水的体积百分比为5~20%。
5.如权利要求2所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述工作电极电压为8~13 V，所述工作电极转速为800~1200rpm。
6.如权利要求2所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述电解液温度为20~30℃，所述电压输出时间为30-40min。
7.如权利要求1所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述旋转圆盘电极系统中还包括参比电极和辅助电极，所述参比电极为饱和甘汞电极，所述辅助电极为惰性电极。
8.如权利要求7所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述饱和甘汞电极在室温下的电位为0.241V，所述惰性电极为正方形的石墨或铂片。
9.如权利要求1所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述以锆基非晶合金制成的圆盘由环氧树脂进行封装。
10.如权利要求1所述的锆基非晶合金表面纳米结构层的制备方法，其特征在于：所述锆基非晶合金由Zr、Cu、Ni、Ti、Al五种元素组成，各元素的质量百分比为Zr 50-65%、Cu 15-25%、Ni 10-15%、Ti 5-10%、Al 5-10%。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004232070A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Mitsui Chemicals Inc | 燃料電池セパレータ用部材およびセパレータ |
| CN101463496A (zh) * | 2009-01-16 | 2009-06-24 | 华中科技大学 | 在锆基块体非晶合金表面制备多孔陶瓷膜的方法 |
| CN102605369A (zh) * | 2012-01-14 | 2012-07-25 | 天津大学 | 一种非晶纳米多孔二氧化钛复合材料及其沉积硫化镉的方法 |
| CN102851719A (zh) * | 2011-06-29 | 2013-01-02 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锆基非晶合金复合材料及其制备方法 |
| CN105132837A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-12-09 | 常州世竟液态金属有限公司 | 一种低成本块体非晶合金 |
| CN106894072A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-27 | 北京航空航天大学 | 一种在锆基非晶合金表面制备氧化物纳米管阵列层的方法 |
| CN109652853A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-04-19 | 安徽工业大学 | 一种Zr基大块非晶合金上制备磨砂表面的方法 |
-
2019
- 2019-05-08 CN CN201910381522.3A patent/CN109930087B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004232070A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Mitsui Chemicals Inc | 燃料電池セパレータ用部材およびセパレータ |
| CN101463496A (zh) * | 2009-01-16 | 2009-06-24 | 华中科技大学 | 在锆基块体非晶合金表面制备多孔陶瓷膜的方法 |
| CN102851719A (zh) * | 2011-06-29 | 2013-01-02 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锆基非晶合金复合材料及其制备方法 |
| CN102605369A (zh) * | 2012-01-14 | 2012-07-25 | 天津大学 | 一种非晶纳米多孔二氧化钛复合材料及其沉积硫化镉的方法 |
| CN105132837A (zh) * | 2015-08-27 | 2015-12-09 | 常州世竟液态金属有限公司 | 一种低成本块体非晶合金 |
| CN106894072A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-27 | 北京航空航天大学 | 一种在锆基非晶合金表面制备氧化物纳米管阵列层的方法 |
| CN109652853A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-04-19 | 安徽工业大学 | 一种Zr基大块非晶合金上制备磨砂表面的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈国发等: "《有色冶金试验技术手册》", 31 December 1991, 冶金工业出版社 * |
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