1.一种时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:该覆膜金属材料为覆有膜层的金属材料,所述的金属材料包含金属基体元素和金属组合元素,所述的金属基体元素为Mg或Zn,金属基体元素占金属材料的质量比例为50%~99%;该覆膜金属材料通过调控合金元素的组成调控其电极电位,通过调控加工工艺使合金中晶粒尺寸沿着特定方向递增或者递减,并对金属材料表面进行处理调控与界面层和聚合物层的结合,实现该覆膜金属材料在时间和空间上降解的可精确调控性;该覆膜金属材料的制备方法为:
1)将选好成分的合金原料通过快速凝固法制备出具有纳米晶或者微米晶的棒材、管材、薄带或者丝材;
2)将步骤1)制备的金属型材在惰性气体保护下,在精密控温的电磁感应线圈中按一定方向进行区域熔炼,区域熔炼过程中采用正弦波频率、交变频率、脉冲的方式加热;
3)区域熔炼后的薄带或丝材在室温下进行梯度化冷轧处理,控制冷轧辊起始转速为
2
1mm/min,以0.5mm/s 的加速度逐渐加速,每轧一个道次在120℃~150℃的条件下保温
20min以消除内应力避免开裂;
4)进行分段梯度化精密控温退火处理,退火温度区间选择180℃~430℃,控制不同区域的温度梯度为50℃,退火时间区间选择0~30min,控制不同区域的退火时间梯度为5~
10min。
5)在退火处理后的金属型材表面制备界面层,所述界面层为沿长度方向上厚度呈现梯度渐变的金属氧化物层或陶瓷层;
6)在具有界面层的金属型材表面采用可降解的高分子材料对其表面进行修饰。
2.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:步骤1)金属基体元素为Mg时,所述的金属组合元素为Zn、Ca、Li、C、Si、Cu、Sr、Fe、Al、Mn、Zr中的一种或几种;
金属基体元素为Zn时,所述的金属组合元素为Mg、Ca、Li、C、Si、Cu、Sr、Fe、Al、Mn、Zr中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:步骤2)中,在低脉冲频率为1~10Hz,低脉冲强度为100At的条件下得到尺寸为0.1~1μm的晶粒;在高脉冲频率800~1000Hz,高脉冲强度为100000At的条件下得到尺寸为5~8μm的晶粒。
4.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:步骤5)中界面层的厚度控制在0.1μm~300μm的范围。
5.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:所述的界面层通过微弧氧化、阳极氧化、电沉积、等离子喷涂、化学转化、多弧离子镀、离子注入、磁控溅射、气相沉积或生物化学法制备,通过控制界面层与金属型材基体间不同结合效果的同时对基体起到不同程度的保护作用。
6.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:所述的高分子涂层采用的高分子材料选自D,L-丙交酯、L-丙交酯、乙交酯、ε-己内酯、L-苹果酸、D-苹果酸、D,L-苹果酸、对二氧环己酮、对二氧杂环己酮中的一种或几种的组合在引发剂和催化剂的作用下聚合而得到的线型聚合物、梳型聚合物或星型聚合物中的一种或几种的组合;或者是聚甲基丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖、葡甘聚糖、透明质酸、明胶、黄原胶、卡拉胶、阿拉伯胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、胶原蛋白、丝素蛋白、纤维素、硫酸软骨素、聚氨基酸中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:通过控制高分子的支化程度和交联程度、涂层的厚度实现对金属基体材料在时间和空间上降解速率的调控;相比于线性高分子而言,经过适度交联或者具有一定支化程度的可降解高分子具有更好的粘弹性,从而可以为整体材料提供较好的耐腐蚀性和生物相容性。
8.根据权利要求1所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:高分子涂层的厚度在0.1μm~1000μm的范围内,可控制降解时间在7天~1年的范围内。
9.根据权利要求6所述的时空可控降解的覆膜金属材料,其特征在于:合成线型聚合物的引发剂为乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇中的一种或几种的组合,合成梳型聚合物的引发剂为木糖醇、D-甘露醇、山梨糖醇中的一种或几种的组合,合成星型聚合物的引发剂为1,
2,3-三羟基丁醇或1,2,4-三羟基丁醇、三羟甲基甲烷、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、三羟甲基胺基甲烷中的一组或几种的组合。