本发明涉及镁基生物医用及金属材料腐蚀防护技术领域，特别涉及一种mg/zn梯度合金的制备方法。
背景技术：
镁或镁合金由于具有良好的比强度、比刚度和较好的加工性能，与骨组织相近的弹性模量，特别是优异的生物降解能力，使镁及其合金在硬骨组织植入方面具有巨大的潜在应用。然而，作为可降解的骨植入材料镁的降解速率过快，需要降低镁的腐蚀倾向性。因此，改善镁合金本身的耐腐蚀性能(特别是均匀腐蚀性能)以及完善表面改性技术成为镁合金在骨科内植物材料领域应用的关键。
镁表面涂层处理是解决以上问题的重要途径之一。由于大多数陶瓷涂层是化学惰性的，因此陶瓷涂层虽使镁及其合金钝化耐蚀性提高，但涂覆陶瓷涂层的镁及合金不再具有生物降解能力。因此，陶瓷涂层这一处理方法逐渐被同样具有可降能力的金属锌涂层、金属铁涂层等替代。然而由于镁合金的电极电位很低，电化学活性很高，难于在其表面直接电镀或化学镀其他金属，具体来说，在镁表面直接进行电镀或化学镀时，金属镁会与镀液中的阳离子发生置换反应，造成镀层疏松、多孔、结合力差，且会影响镀层的稳定性，缩短使用寿命。
目前镁合金电镀方面的研究也主要集中于前处理方法，以及在镀液中通过加入缓蚀剂，使其与镁合金作用而在表面生成不溶解的保护膜，膜层将镁的活性表面与电解液隔离开，阻止或缓解了电化学腐蚀或者化学腐蚀。例如，镁合金电镀一般采用化学转化镀金属，相应的电镀工艺流程为：表面处理→活化→浸锌→退镀→二次浸锌→电镀。由此可见，镁及镁合金的电镀或化学镀前处理工艺复杂。
因此，有必要对镁及镁合金前处理方法进行进一步探索，得到在保持良好的镀膜质量的前提下使现有前处理工艺和镀膜工艺均得到有效简化的梯度合金制备工艺。
技术实现要素：
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种有效简化前处理工艺且能够一次性完成镀膜的mg/zn梯度合金的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种mg/zn梯度合金的制备方法，步骤如下：
s1、将经过打磨剖光的镁或镁合金，以及锌靶置于真空镀膜机的真空罐中，并对真空罐抽真空；
s2、采用真空蒸镀、磁控溅射或离子镀等方法在镁或镁合金的表面镀上一层锌膜；
s3、对正在进行步骤s2或已经完成步骤s2的镁或镁合金进行加热保温操作，使步骤s2中形成的镀锌膜扩渗，进而使镀锌膜与镁或镁合金基体紧密结合，扩渗层更为均匀一致。
优选，在进行步骤s1之前，将镁或镁合金用砂纸打磨抛光至表面粗糙度ra≤1μm，并清洗、干燥。
优选，步骤s1中，真空罐内的压强小于6×10-3pa。实验证明，真空度越高，相应的镀膜效果越好。
优选，步骤s3的加热保温操作中：保温温度为350～450℃，持续时间为0.5～2h。
上述加热保温过程能够使金属镁或镁合金表面的真空镀锌层中锌原子扩散至金属镁或镁合金表层内部，形成扩渗层，提高镁或镁合金表面电极电位，增强锌层与基体镁或镁合金的结合力；而对加热保温的持续时间进行限定可以有效避免镁原子晶粒过于粗大，影响镁基体力学性能。当步骤s2与步骤s3同时进行时，真空镀在金属镁或镁合金表面的锌膜同时在加热状态下发生扩渗，有效提升梯度合金制备的生产效率。
采用上述方法制备的mg/zn梯度合金的镀膜厚度可以达到20μm，所形成的镀膜不易与金属镁或镁合金基体发生分离。
该mg/zn梯度合金的制备方法将真空镀膜和扩散渗技术相结合，简化前处理工序，形成一次性完成前处理与扩散渗镀膜的工艺；该工艺对镁或镁合金无任何损伤，将镀膜与镁或镁合金基体紧密结合，使扩渗层更为均匀一致；由于在镁或镁合金加热情况下，真空镀膜和扩散渗过程可同时进行，提高了生产效率便于流水线生产，同时具有工作场所无粉末飞扬具有绿色环保的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的mg/zn梯度合金的截面sem图；
图2为本发明实施例1制备的mg/zn梯度合金的能谱面扫描图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
实施例1
s1、将直径为10mm、厚度为2.5mm的金属镁片作为试样，依次用600号、1000号、1500号、2000号和2500号的水砂纸将其逐级打磨后抛光至表面粗糙度ra约为1μm，然后用无水乙醇超声清洗5min以去除材料表面杂质和油污，放置在空气环境中晾干；接着，将金属镁片以及锌靶放入真空镀膜机真空罐中，采用机械泵和分子泵对真空罐抽真空至真空罐内压强为1.3×10-3pa；
s2、采用真空蒸镀的方法对镁金属进行镀锌；其中，镀膜时间为25min，所形成的锌膜厚度为8μm；
s3、对镀膜后的金属镁片升温至400℃，保温1小时，即获得了mg/zn梯度合金样品i。
对该mg/zn梯度合金样品i进行电镜扫描和能谱面扫描以观察该梯度合金截面的扩渗层样貌。如图1所示，通过扫描电子显微镜(s4800型)观察到样品截面形貌，可以看到样品i的截面从表层到基体形成了明显的梯度层，表层有一层均匀致密的锌层；如图2所示，通过能谱面扫描观察样品截面可见，从表层到内部，随着深度的增加，试样中锌的含量逐渐较少，同样可获得梯度扩散层。
实施例2
s1、将直径为10mm、厚度为2.5mm的az91d镁合金作为试样，依次用600号、1000号、1500号、2000号和2500号的水砂纸将其逐级打磨后抛光至表面粗糙度ra约为0.5μm，然后用无水乙醇超声清洗5min以去除材料表面杂质和油污，放置在空气环境中晾干；接着，将金属镁片以及锌靶放入真空镀膜机真空罐中，采用机械泵和分子泵对真空罐抽真空至真空罐内压强为5×10-3pa；
s2、采用磁控溅射的方法对镁金属进行镀锌；其中，镀膜时间为30min，所形成的锌膜厚度为15μm；
s3、对镀膜后的金属镁片升温至450℃，保温0.5小时，即获得了mg/zn梯度合金样品ii。
同上述实施例1，对该mg/zn梯度合金样品ii进行电镜扫描和能谱面扫描以观察该梯度合金截面的扩渗层样貌，同样可以通过扫描电子显微镜(s4800型)观察到样品截面从表层到基体形成了明显的梯度层，而表层形成有一层均匀致密的锌层；而通过能谱面扫描可以观察到样品截面从表层到内部随着深度的增加试样中锌的含量逐渐较少，同样可获得梯度扩散层。
实施例3
s1、将直径为10mm、厚度为2.5mm的az91d镁合金作为试样，依次用600号、1000号、1500号、2000号和2500号的水砂纸将其逐级打磨后抛光至表面粗糙度ra约为0.2μm，然后用无水乙醇超声清洗5min以去除材料表面杂质和油污，放置在空气环境中晾干；接着，将金属镁片以及锌靶放入真空镀膜机真空罐中，采用机械泵和分子泵对真空罐抽真空至真空罐内压强为2.5×10-3pa；其中，锌靶的质量应大于其镀膜所需的质量；
s2、采用磁控溅射的方法对镁金属进行镀锌；其中，镀膜时间为10min，所形成的锌膜厚度为5μm；
s3、在镀膜的同时加热金属镁片，使其升温至350℃，镀膜结束后继续保温至加热时间达到2h，即获得了mg/zn梯度合金样品iii。
同样对该mg/zn梯度合金样品iii进行电镜扫描和能谱面扫描以观察该梯度合金截面的扩渗层样貌，同样可以通过扫描电子显微镜(s4800型)观察到样品截面从表层到基体形成了明显的梯度层，而表层形成有一层均匀致密的锌层；而通过能谱面扫描可以观察到样品截面从表层到内部随着深度的增加试样中锌的含量逐渐较少，同样可获得梯度扩散层。
实施例4
s1、将直径为10mm、厚度为2.5mm的金属镁作为试样，依次用600号、1000号、1500号、2000号和2500号的水砂纸将其逐级打磨后抛光至表面粗糙度ra约为0.8μm，然后用无水乙醇超声清洗5min以去除材料表面杂质和油污，放置在空气环境中晾干；接着将金属镁片以及锌靶放入真空镀膜机真空罐中，采用机械泵和分子泵对真空罐抽真空至真空罐内压强为6×10-3pa；
s2、采用磁控溅射的方法对镁金属进行镀锌；其中，镀膜时间为40min，所形成的锌膜厚度为20μm；
s3、在镀膜同时加热金属镁片，使其升温至350℃，镀膜结束后继续保温至加热时间达到1.5h，即获得了mg/zn梯度合金样品iv。
同样对该mg/zn梯度合金样品iv进行电镜扫描和能谱面扫描以观察该梯度合金的扩渗层，同样可以通过扫描电子显微镜(s4800型)观察到样品截面从表层到基体形成了明显的梯度层，而表层形成有一层均匀致密的锌层；而通过能谱面扫描可以观察到样品截面从表层到内部随着深度的增加试样中锌的含量逐渐较少，同样可获得梯度扩散层。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。