[发明专利]一种新型钛镍医学植入材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及稀有金属材料表面改性技术领域，特别涉及一种钛镍表面沉积钛，并进行微弧氧化制备二氧化钛及三氧化二铝混合陶瓷膜的复合处理方法，具体是一种新型钛镍医学植入材料的制备方法。

背景技术

钛镍合金以其良好的生物相容性、高比强度、耐蚀性、超弹性广泛应用于生物医学领域。它主要用来制造血管、食道支架、牙科及骨科装置等。然而，至今有两大因素制约其广泛的应用：一是其硬度较低，作为植入体，需要长时间服役，过度的磨损会导致人体的病变；二是腐蚀导致镍离子的析出会引起细胞和组织的过敏、中毒甚至癌变反应。为了提高其表面硬度及屏蔽镍离子的析出，目前用于钛镍合金的表面处理中主要方法有：K.W. Ng, H.C. Man等人在钛镍合金表面激光熔覆Mo和ZrO₂粉末来提高其耐磨耐蚀性。这种方法确实可以极大地提高耐磨耐蚀性，但处理后的表面镍离子浓度高达35%，极容易在摩擦磨损和人体化学反应过程中释放到人体造成危害。Y. Cheng, Y.F. Zheng等通过在TiNi表面等离子注入形成类金刚石薄膜的方法提高其耐蚀性和血液相容性，但其摩檫学性能仍待检验。诸多方法均无法有效地解决以上两大制约因素。

等离子表面合金化技术被认为是表面合金化领域的一种新型技术。它通过辉光放电产生低温等离子体，在镍基合金、不锈钢和高速钢表面形成特殊物理、化学、机械性能的合金层，合金层厚度可达30-50μm。由于渗层中靶材元素的浓度由基体至表面逐渐增大，呈梯度分布，因此表面渗层与基体之间有很好的结合强度。该技术具有无公害、可处理大批量及大面积工件、渗层厚度和成分范围均很宽等诸多优点。微弧氧化技术是指利用弧光放电增强并激活在工件阳极上发生的微弧等离子氧化反应，从而在以铝、钛、镁等金属及其合金为材料的工件表面原位生成优质的强化陶瓷膜。主要方式是通过在工件上施加电压，在一定电流密度下，致使在工件表面出现电晕、辉光、微弧放电，甚至火花斑，使工件表面在微弧等离子体高温高压下与电解质溶液相互作用，形成陶瓷膜，进而达到工件表面强化。这种陶瓷膜与基体冶金结合，硬度高，具有很好的耐磨耐蚀、耐高压绝缘和抗高温冲击等特性，可以数倍乃至数十倍的提高工件的使用寿命。微弧氧化处理后的钛基表面陶瓷膜层具有硬度高（HV>1200），耐蚀性强（CASS盐雾试验>480h），绝缘性好（膜阻>100MΩ），膜层与基底金属结合力强，并具有很好的耐磨和耐热冲击等性能。但是，微弧氧化膜表面也容易形成空洞，从而影响其表面性能。

TiO₂具有良好的生物相容性，故在TiNi表面制备TiO₂纳米管成为近年来研究热点之一。由于Ni不是阀金属，其氧化膜性质不稳定，使用微弧氧化直接制备TiO₂不易生成，因此合适的过渡层是解决该难题的重要因素。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种新型钛镍医学植入材料的制备方法，该方法是在钛镍合金表面制备钛沉积层作为过渡层，并微弧氧化复合处理形成二氧化钛涂层，并且使用Al₂O₃进行封孔。用该方法所制备的涂层的表面硬度达到1200HV，耐蚀性较之前显著提高。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种新型钛镍医学植入材料的制备方法，首先利用等离子合金化技术在钛镍合金工件表面渗钛形成沉积层，然后再通过微弧氧化的方法在沉积层表面形成TiO₂及Al₂O₃混合氧化物涂层；

具体包括如下步骤： 

1）取钛镍合金基体作为工件，用机械和化学混合方法消除工件表面的氧化膜，具体过程是：用金相砂纸对工件表面进行粗磨，然后对工件表面喷砂打磨，接着对工件表面进行超声波清洗，最后吹干；

2）在等离子表面合金化渗金属炉中，源极选用纯度为99.99%的纯钛靶，将步骤1）中预处理好的工件摆放在等离子表面合金化渗金属炉内的支架上充当阴极，并且在工件外面罩纯钛制屏蔽罩以增加空心阴极效应，阳极接在炉壳上并接地；