一种HA-ZnO混合纳米流体及其制备方法

本发明涉及纳米流体制备，更具体地说，本发明涉及一种用于医用钛合金电火花线切割加工的ha-zno混合纳米流体及其制备方法。

背景技术：

1、医用钛合金，例如ti-6al-4v，因具有优异的生物相容性、高比强度及耐腐蚀性，已成为骨科、牙科植入体常用材料。传统医用钛合金植入体制备过程中，精密成形与表面功能化通常分步进行，存在工艺流程较长、制造成本较高以及表面功能层与基体结合强度不足等问题。粉末混合电火花加工技术能够在放电加工过程中引入功能粉末，使功能颗粒或其组成元素参与加工表面改性，为医用钛合金加工与表面功能化一体化提供了可能。然而，传统混粉介质中的功能粉末在介质中容易发生沉降、团聚和分层，导致加工过程中颗粒浓度不均、切缝堵塞，并影响表面改性层质量的一致性。

2、在用于医用钛合金表面改性的功能粉末中，羟基磷灰石纳米颗粒能够为钛合金表面提供ca、p生物活性元素，有利于提高表面骨整合性能；纳米氧化锌颗粒能够为钛合金表面提供zn元素，有利于提高表面抗菌性能。因此，将羟基磷灰石纳米颗粒与纳米氧化锌颗粒共同引入加工介质中，有望使加工介质同时具备生物活性元素供给能力和抗菌元素供给能力。但是，羟基磷灰石纳米颗粒与纳米氧化锌颗粒在密度、粒径、表面电位及分散行为等方面存在差异，二者简单混合于水基及乳化液基体系中时，容易因相容性不足而发生颗粒团聚、沉降和分层，难以形成长期稳定的共分散状态。尤其在电火花线切割加工过程中，介质需要循环流动并保持颗粒浓度均匀，若羟基磷灰石纳米颗粒与纳米氧化锌颗粒不能稳定共分散，容易导致加工过程中颗粒浓度不均、功能颗粒供给不连续，并增加切缝堵塞、放电短路及加工不稳定的风险。

3、现有分散方式多采用单一机械搅拌或单一超声分散，通常难以同时适应羟基磷灰石纳米颗粒和纳米氧化锌颗粒的分散特性；常用分散剂（如十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮）对双组分纳米颗粒的适配性不足，单一组分纳米流体虽然能够改善某一类颗粒的悬浮状态，但难以解决两类性质不同的纳米颗粒在同一水基及乳化液基体系中的长期稳定共分散问题。因此，如何实现羟基磷灰石纳米颗粒与纳米氧化锌颗粒在水基及乳化液基体系中的长期稳定共分散，成为制备ha-zno混合纳米流体亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种ha-zno混合纳米流体及其制备方法，通过以下方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种ha-zno混合纳米流体，包括基液、功能组分和分散剂；

3、所述基液为去离子水，或由去离子水与乳化膏配制而成的乳化液，所述乳化膏占所述乳化液总质量的1%-3%；

4、所述功能组分由羟基磷灰石（ha）纳米颗粒和纳米氧化锌颗粒组成，所述羟基磷灰石纳米颗粒与所述纳米氧化锌颗粒的质量比为1:0.2-1:1，且所述功能组分在所述ha-zno混合纳米流体中的总浓度为0.1-3.0g/l；

5、所述分散剂为十二烷基硫酸钠（sds），所述分散剂的添加量占所述ha-zno混合纳米流体总质量的0.03%-0.2%。

6、优选的，所述基液占所述ha-zno混合纳米流体总质量的99.5%-99.97%。

7、优选的，所述ha纳米颗粒粒径≤100nm。

8、优选的，所述纳米zno颗粒粒径≤50nm。

9、优选的，所述ha-zno混合纳米流体的zeta电位绝对值≥30mv。

10、优选的，所述ha-zno混合纳米流体静置72h的沉降稳定系数k≥0.9；其中，所述沉降稳定系数k按公式k=(v0-v)/v0计算，v0为初始悬浮液体积，v为静置72h后的上层清液体积，v0和v的单位均为ml。

11、优选的，所述ha-zno混合纳米流体在25℃下粘度为1-10mpa・s，电导率为2200-5000μs/cm。

12、本发明还公开了一种上述ha-zno混合纳米流体的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、原料预处理：将ha纳米颗粒与纳米zno颗粒分别在60℃下真空干燥2h；若采用乳化液基液，先将乳化膏加入去离子水中，在300r/min转速下机械搅拌15min至完全溶解，得到质量分数1%-3%的乳化液；将去离子水或配制好的乳化液在100w功率下超声除气15min；

14、s2、预分散体系制备：向步骤s1的去离子水或乳化液中加入分散剂，在300-500r/min转速下机械搅拌20-30min；随后加入ha纳米颗粒，继续机械搅拌30min，得到ha预分散体系；

15、s3、复合分散与粒径细化：向步骤s2的ha预分散体系中加入纳米zno颗粒，逐滴缓慢加入1g/l的koh溶液将体系ph值调节至9.0-10.0，先以400r/min机械搅拌20min，再在功率150-200w、频率20-40khz条件下超声分散30-60min，期间控制体系温度≤40℃，得到ha-zno混合纳米流体；

16、s4、成品储存：将步骤s3得到的ha-zno混合纳米流体逐滴加入1g/l的koh溶液调节ph值至9.0-9.5后，密封储存于避光容器中，环境温度控制在15-25℃。

17、本发明的技术效果和优点：本发明通过将ha纳米颗粒与纳米zno颗粒按1:0.2-1:1的质量比复配，控制功能组分总浓度为0.1-3.0g/l，同时采用十二烷基硫酸钠（sds）作为唯一分散剂与ha-zno功能组分在含量和比例上相互配合；结合机械搅拌与超声分散复合工艺及ph9.0-10.0精准调控，能够减少ha纳米颗粒与纳米zno颗粒因密度、表面电位和分散行为差异导致的团聚、沉降和分层现象。所得ha-zno混合纳米流体的zeta电位绝对值≥30mv，静置72h后的沉降稳定系数k≥0.9，从而实现了ha纳米颗粒与纳米zno颗粒在水基及乳化液基体系中的共分散稳定性，并降低了因颗粒团聚、沉降导致切缝堵塞、放电短路及加工不稳定的风险。

1.一种ha-zno混合纳米流体，其特征在于，包括：基液、功能组分和分散剂；

2.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述基液占所述ha-zno混合纳米流体总质量的99.5%-99.97%。

3.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述ha纳米颗粒粒径≤100nm。

4.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述纳米zno颗粒粒径≤50nm。

5.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述ha-zno混合纳米流体的zeta电位绝对值≥30mv。

6.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述ha-zno混合纳米流体静置168h的沉降稳定系数k≥0.9；其中，所述沉降稳定系数k按公式k=(v0-v)/v0计算，v0为初始悬浮液体积，v为静置72h后的上层清液体积，v0和v的单位均为ml。

7.根据权利要求1所述的ha-zno混合纳米流体，其特征在于，所述ha-zno混合纳米流体在25℃下粘度为1-10mpa・s，电导率为2200-5000μs/cm。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的ha-zno混合纳米流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：