[发明专利]纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种金属表面改性技术领域，具体涉及一种纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法。

背景技术：

钛及钛合金材料作为重要的生物医用材料，具有高机械强度、高韧性和优良的抗疲劳性能，广泛应用于人体的关节、牙、骨等硬组织的替换。然而，将其植入到人体中普遍存在生物活性差，结合强度低、愈合时间长等问题。金属材料植入人体后，由于长期在体液环境中服役就会导致金属的表面腐蚀，甚至使金属离子进入肌体组织而使肌体组织变质。为了提高医用钛金属的生物活性，促进其与人体骨组织的结合，目前常用的方法是在材料表面等离子喷涂羟基磷灰石涂层；但是涂层与基体界面结合强度低，容易开裂，大大影响了其使用效果，因此发展新技术对医用钛和钛合金的表面进行生物活化改性处理，提高其与人体硬组织的结合性能，具有非常重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种微弧氧化的工艺方法既能够节能省时，又能够在原位形成氧化物涂层与基体匹配好、膜基结合强度高可达30MPa以上，可适用于不同形状与尺寸的零件。   

上述的目的通过以下的技术方案实现：

纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法, 本方法有二个步骤，

步骤一：做基体处理将纯钛或钛合金表面(1)打磨抛光、清洗；

步骤二：做微弧氧化将纯钛或钛合金置于含有碱性电解液的不锈钢槽体中，以纯钛或钛合金做阳极，不锈钢槽体为阴极；氧化过程中通过冷却系统控制槽液温度＜50^oC；用双极脉冲电源，通过对微弧氧化电参数的控制，靠钛表面的击穿放电使钛表面（1）形成一层的微弧氧化涂层（2），微弧氧化涂层（2）厚度为3~10mm。

所述的纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法，所述的微弧氧化的脉冲电压为200～500V、所述的微弧氧化的频率400～800Hz、所述的微弧氧化的占空比4～20%、所述的微弧氧化的溶液温度0～50^oC。

所述的纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法，所述的碱性电解液为硅酸盐或磷酸盐或硅酸盐和磷酸盐的混合物为EDTA-2Na、NaOH、Na₂SiO₃·9H₂O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O，浓度分别定为15克/升、20克/升、14.2克/升和8.8克/升，以去离子水为溶剂配制成。

所述的纯钛或钛合金表面制备具有生物活性陶瓷涂层的方法，所述的纯钛或钛合金的基体零件为板状或棒状或管状。

有益效果：

1. 本发明能够在原位形成氧化物涂层与基体匹配好、膜基结合强度高可达30MPa以上，可适用于不同形状与尺寸的零件，所获得的致密陶瓷层含有对人体骨组织生长有益的硅Si、钙Ca、磷P微量元素，能够成功的在模拟体液中诱导羟基磷灰石的生成，有助于提高Ti基体替换物植入体内与骨组织的结合能力。   

本发明显著的提高了钛的表面生物活性，扩展了Ti作为最理想的骨替代物的应用范围。

本发明处理后的涂层进行能谱仪EDS能谱检测，涂层中有Na、Si、Ca微量活性元素的存在，Si,Ca元素是生物活性玻璃中的必备元素，通过微弧氧化方法将Si,Ca元素同时引入到陶瓷涂层中尚属首次，可以使二氧化钛的涂层材料可以具有部分生物活性玻璃的性能。模拟体液浸泡，浸泡3天以后用扫描电镜和X射线能谱仪XRD观察在涂层表面即有羟基磷灰石形成，当达到一周以上肉眼就可看到表面形成的羟基磷灰石，后续观察随浸泡时间增加羟基磷灰石形成数量也增多，一个月以上磷灰石形成数量达到饱和。表明按本发明方法弧氧化涂层在实际应用中，可以显著提高Ti材料的生物活性。