提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法、高熵合金及应用

本发明涉及合金表面改性，具体地，涉及一种提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法、高熵合金及应用。

背景技术：

1、对于骨科牙科等生物医用植入应用场景，需要合金具备高强塑性和较低的弹性模量，以降低合金植入造成的应力遮蔽问题。cocrmo合金具备优异的耐磨性能被用于制造人工关节，然而其生物相容性相比钛合金较差。钛合金特别是近年来亚稳β钛合金的研制实现了优异的生物相容性和低模量的匹配，然而其耐磨性较差，在体内长期服役过程中容易产生磨屑等细小颗粒引发炎症。

2、由生物相容性优异的ti、zr、hf、nb和ta等难熔金属元素组成的高熵合金近年来收到广泛关注。单相的tizrnb、tizrhfnb、tizrhfnbta等高熵合金具备优异的强塑性、耐腐蚀、相比ti-6al-4v等广泛使用的双相钛合金更低的弹性模量。然而其耐磨性相比常规的β钛合金并无太大提升，较低的耐磨性限制了该类合金的生物应用。通常，可使用喷涂、激光熔覆、热氧化等表面改性工艺提高钛合金表面耐磨性。相比而言，喷涂和激光熔覆工艺成本高，对三维复杂形状的部件难以实现。相比于316不锈钢、cocrmo和ti-6al-4v常规医用合金，大量zr、hf和ta等活性元素的合金化使得该类难熔高熵合金不耐高温氧化。在常规的热氧化过程中一方面会发生快速的氧化，合金表面生成容易脱落的多种氧化物；另一方面间隙氧元素往合金块体内部的快速扩散导致合金整体脆化，造成灾难性氧化破坏。

3、经检索，申请公开号为cn113718190a的中国发明专利，公开一种提升锆合金耐沸腾硝酸腐蚀性与耐磨性的方法，通过对锆合金在混合气体中进行加热保温并快速冷却，在锆合金表面原位自生氧化膜，并形成致密且具有耐蚀耐磨性的保护层。该专利通过高温下的加热、保温和快速冷却过程在锆合金的表面产生原位自生的氧化膜。在具体的热处理过程中，加热、保温的时间控制往往受制于样品的尺寸大小，样品越大，加热和保温达到预设温度的时间往往越长，该专利要求样品的高温氧化处理的时间不能太短，其工艺耗时较长。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法、高熵合金及应用。

2、根据本发明的第一方面，提供一种提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，所述方法包括：

3、在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，并保持恒温；

4、将待处理的难熔高熵合金样品放置于所述热处理炉的加热区中，并保温预设时长；

5、取出所述难熔高熵合金样品并快速放置于水冷槽中，实现所述难熔高熵合金样品的耐磨性提升。

6、可选地，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，其中：所述惰性气体为氩气。

7、可选地，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，其中：所述热处理炉为管式热处理炉或箱式热处理炉。

8、可选地，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，并保持恒温，其中：温度范围为1000～1400℃，保温时间为10～20分钟。

9、可选地，所述难熔高熵合金样品的化学式为tiazrbhfcnbdtae，其中：a、b、c、d、e为原子百分比，20≤a≤40，10≤b≤30，0≤c≤30，10≤d≤30，0≤e≤40，且a+b+c+d+e＝100。

10、可选地，所述将待处理的难熔高熵合金样品放置于所述热处理炉的加热区中，包括：在放置所述难熔高熵合金样品前打开所述热处理炉出气端的堵头，放置所述难熔高熵合金样品后快速装上所述堵头。

11、可选地，所述保温预设时长，其中：保温时间为5分钟～5小时。

12、可选地，取出所述难熔高熵合金样品并快速放置于水冷槽中，其中：所述水冷槽的温度为室温。

13、根据本发明的第二方面，提供一种高塑性难熔高熵合金，该合金利用上述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法制备得到。

14、根据本方面的第三方面，提供一种利用第一方面的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法制备的高塑性难熔高熵合金或者第二方面的高塑性难熔高熵合金在生物医用植入材料中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

16、本发明利用难熔高熵合金极差的高温抗氧化性，通过极快速氧化处理在难熔高熵合金表面极快速氧化形成致密耐磨氧化层，该耐磨氧化层与基体合金结合紧密，可以避免生物医用植入体表面耐磨层的剥落或碎屑的产生，从而延长难熔高熵合金植入体的使用寿命。此外，相比传统热氧化表面处理技术，本发明表面快速氧化的热处理技术避免了难熔高熵合金基体的脆化倾向，在大幅提高难熔高熵合金耐磨性的同时，能够保证整个植入体优异的强塑性匹配。本发明有助于推进难熔高熵合金在生物医疗植入领域的应用。

技术特征：

1.一种提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，其中：所述惰性气体为氩气。

3.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，其中：所述热处理炉为管式热处理炉或箱式热处理炉。

4.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，并保持恒温，其中：温度范围为1000～1400℃，保温时间为10～20分钟。

5.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述难熔高熵合金样品的化学式为tiazrbhfcnbdtae，其中：a、b、c、d、e为原子百分比，20≤a≤40，10≤b≤30，0≤c≤30，10≤d≤30，0≤e≤40，且a+b+c+d+e＝100。

6.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述将待处理的难熔高熵合金样品放置于所述热处理炉的加热区中，包括：在放置所述难熔高熵合金样品前打开所述热处理炉出气端的堵头，放置所述难熔高熵合金样品后快速装上所述堵头。

7.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，所述保温预设时长，其中：保温时间为5分钟～5小时。

8.根据权利要求1所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法，其特征在于，取出所述难熔高熵合金样品并快速放置于水冷槽中，其中：所述水冷槽的温度为室温。

9.一种高塑性难熔高熵合金，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法制备得到。

10.一种利用权利要求1-8任一项所述的提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法制备的高塑性难熔高熵合金或者权利要求9所述的高塑性难熔高熵合金在生物医用植入材料中的应用。

技术总结本发明提供一种提升高塑性难熔高熵合金耐磨性的方法、高熵合金及应用，所述方法包括：在惰性气体保护下将热处理炉升温至预设温度，并保持恒温；将待处理的难熔高熵合金样品放置于所述热处理炉的加热区中，并保温预设时长；取出所述难熔高熵合金样品并快速放置于水冷槽中，实现所述难熔高熵合金样品的耐磨性提升。本发明在大幅提高难熔高熵合金耐磨性的同时能够保证整个植入体优异的强塑性匹配。技术研发人员：王舒滨,王俊锋,疏达,孙宝德受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29