[发明专利]钛合金表面渗铜层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种钛合金表面渗铜层材料的制备方法。

背景技术

环境微生物诸如细菌、真菌和病毒等能够导致多种疾病的传播与流行，因此人们对各种抗菌材料的研究和应用得到广泛的关注。金属材料的抗菌化是近年发展起来的一个崭新的课题。目前国内外对抗菌金属材料的研究主要集中在抗菌不锈钢方面，有关抗菌钛及钛合金材料的研究见诸报道的还较少。

钛合金具有优异的耐蚀性、力学性能，其应用范围已从传统的航空航天领域拓展到文体用品，如眼镜架、手表、羽毛球拍及工艺品等。钛合金本身无抗菌性能，若能赋予其抗菌性能，可进一步拓展其在民用领域的应用。兼顾对钛合金本体力学性能和生物相容性及抗细菌粘附性能的需要，对其进行表面处理以适应更广泛的应用是十分必要的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种在钛合金表面形成渗铜层的制备方法，所获得的渗铜层具有优异的抗菌性能。

本发明是这样实现的，其特征是，在钛合金表面渗铜层的制备方法是：

(1)将钛合金工件预处理：将钛合金工件的表面除油后使用SiC水砂纸将钛合金工件逐级打磨、抛光至镜面，再清洗、干燥；

(2) 如图1所示，将预处理好的钛合金工件(4)放入辉光离子渗金属炉内的工件台(8)上，并通过工件台(8)与工件电源(12)的阴极连接，称为工件极，再通过源极支架(11)将纯铜板(3)悬挂于炉腔(1)内的钛合金工件(4)的上方，设其与钛合金工件(4)相距15 mm～20 mm，并通过源极支架(11)使纯铜板(3)与源极电源(13) 的阴极连接，称为源极，炉壳(2)与工件电源(12)和源极电源(13)的阳极连接，并接地；

(3)把辉光离子渗金属炉炉腔(1)内部抽成真空度为1×10^–1 Pa，通入流量为30 sccm～35 sccm的氩气到炉腔(1) 內，使炉腔(1)内气压维持在35 Pa～45 Pa，接通工件电源(12)的阴极电源，在阳极与阴极间施加直流电压，当工件极温度升至400 ℃～600 ℃时，对钛合金工件进行离子轰击清洗20 min～40 min；

(4)将工件极电压调至–450 V～–500 V，接通源极电源(13)，并将源极电压调至–950 V～–1000 V。源极温度维持在950 ℃～1000 ℃，工件极温度控制在800 ℃～850 ℃，保温2 h～6 h后断开源极和工件极电源，使工件缓冷到室温。

本发明的优点及积极效果是钛合金表面的渗铜层具有良好的抗细菌粘附性能。

附图说明

图1为辉光离子渗金属炉结构示意图；

图2为抛光钛合金工件表面细菌粘附的荧光显微照片；

图3为渗铜层表面细菌粘附的荧光显微照片；

图中：1—炉腔；2—炉壳；3—纯铜板；4—钛合金工件；5—观察窗口；6—光电温度计；7—与抽真空系统连接；8—工件台；9—炉底；10—与充气系统连接；11—源极支架；12—工件极电源；13—源极电源；14—粘附于钛合金工件表面的单个细菌。

具体实施方式

现以Ti6Al4V为例，对本发明进行实施，如图1所示：

(1) 将钛合金Ti6Al4V棒材切割成Φ15 mm×3 mm的工件作为基体，将钛合金工件的表面除油后使用SiC水砂纸将钛合金工件逐级打磨、抛光至镜面，再清洗、干燥；

(2) 如图1所示，将预处理好的钛合金工件(4)放入辉光离子渗金属炉内的工件台(8)上，并通过工件台(8)与工件电源(12)的阴极连接，称为工件极，再通过源极支架(11)将纯铜板(3)悬挂于炉腔(1)内的钛合金工件(4)的上方，设其与钛合金工件(4)相距15 mm，并通过源极支架(11)使纯铜板(3)与源极电源(13)的阴极连接，称为源极，炉壳(2)与工件电源(12)和源极电源(13)的阳极连接，并接地；

(3)把辉光离子渗金属炉炉腔(1)内部抽成真空度为1×10^–1 Pa，通入流量为35 sccm的氩气到炉腔(1)内，使炉腔(1)内气压维持在40 Pa，接通工件电源(12)的阴极电源，在阳极与阴极间施加直流电压，当工件极温度升至500 ℃时，对钛合金工件进行离子轰击清洗30 min；

(4)将工件极电压调至–475 V，接通源极电源(13)，并将源极电压调至–975 V。源极温度维持在975 ℃，工件极温度控制在825 ℃，保温4 h后断开源极和工件极电源，使工件缓冷到室温。

在上述工艺条件下，可在钛合金表面制备出具有优异抗细菌粘附性能的渗铜层。如图2所示，抛光钛合金表面粘附有大量细菌，图3显示，经过渗铜的钛合金表面没有细菌粘附。