[发明专利]激光选区熔化-激光表面织构混合制造医用金属的方法

权利要求书

1.一种激光选区熔化-激光表面织构混合制造医用金属的方法，其特征在于，所述方法包括：

将含铜抗菌不锈钢零件CAD模型分层切片，根据切片轮廓信息生成一系列激光选区熔化成形二维扫描轨迹；

将含铜抗菌不锈钢粉末作为激光选区熔化的成形粉末；所述含铜抗菌不锈钢粉末由纯铜粉末和316L不锈钢粉末组成；

将成形粉末放入激光选区熔化成形室的装料斗内；成形室被抽成真空，并充入氩气；将表面经过除锈与喷砂处理的316L不锈钢基材加热到100~200℃；根据生成的二维扫描轨迹，采用激光选区熔化的方法逐点、逐线、逐层堆积成三维多孔的含铜抗菌不锈钢；所述含铜抗菌不锈钢的显微结构特征为：铜含量为4.5~7.5wt.%，由于液相分离而自组装形成的具有面心立方结构的纳米ε-Cu颗粒均匀分布于金属基体的晶界处；

将激光选区熔化成形的含铜抗菌不锈钢经表面打磨与抛光处理后，在无水乙醇中超声清洗10～20分钟，干燥处理，为激光表面织构处理做准备；

调节飞秒激光器能量密度，使用一组平行的光栅路径，在含铜抗菌不锈钢表面进行扫描，生成微结构；所述飞秒激光器近红外波长设为1030~1040nm，输出功率设为30~50W，光斑半径设为20~30μm，圆度设为85%~100%，脉冲持续时间设为3×10^-13~4×10^-13s，频率设为100~500kHz，单脉冲能量设为120~600μJ，激光扫描速度设为5~15m/s；所述飞秒激光器扫描含铜抗菌不锈钢表面，生成周期性结构；

所述微结构为：在含铜抗菌不锈钢以网格线路径进行刻蚀，生成圆锥形微米级结构，同时圆锥形微米级结构还存在纳米结构突起；

或所述微结构还包括在含铜抗菌不锈钢以相互平行的直线路径进行刻蚀，生成正梯形微米级结构，同时正梯形微米级结构表面存在周期性凹槽；

含铜抗菌不锈钢表面润湿性表现为接触角增加到90~150°，有利于细菌细胞在医用金属表面解离和脱附；在人体血清、磷酸盐缓冲液和0.9 M NaCl溶液这一系列生物电解质中进行测试时，激光选区熔化-激光表面织构混合制造含铜不锈钢表现出更高的电荷转移抵抗力和更高的击穿电位，其抗电化学腐蚀性能高于铸造不锈钢。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜抗菌不锈钢粉末由纯铜粉末和316L不锈钢粉末组成，其中，316L不锈钢粉末的化学成分为：Cr 17.52 wt.%、Ni 12.27wt.%、Mo 0.74 wt.%、C 0.04 wt.%、Si 1.03 wt.%、O 0.05 wt.%、B 0.68 wt.%、余量为Fe。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述纯铜粉末粒度为20~30μm，所述316L不锈钢粉末粒度为30~48μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用激光选区熔化方法，设置的工艺参数为：

制备支撑结构的工艺参数为：激光器波长为1060nm，激光功率为50~100W，激光扫描速度为500~800mm/s，分层切片厚度为30~60μm，搭接率为70%；

制备多孔零件的工艺参数为：激光功率为150~500W，激光扫描速度为500~5000mm/s，分层切片厚度为50~100μm，搭接率为60~70%，孔型结构采用拓扑优化设计，采用连续两层间激光扫描方向旋转67°路径方式成形。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含铜抗菌不锈钢的显微结构特征为：金属基体由细小等轴晶和柱状晶组成，熔池边缘由相互连通的胞状和柱状亚晶组成。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述细小等轴晶和柱状晶的尺寸均在300~800nm之间。