[发明专利]一种激光与阳极氧化复合制备钛合金仿生涂层的方法

说明书

本发明公开了一种激光与阳极氧化复合制备钛合金仿生涂层的方法，所述方法为：将激光预处理后的钛合金置于无水乙醇或丙酮中超声清洗5‑10min，取出后用蒸馏水冲洗干净，置于碱性除油液中浸泡后取出，依次用流动热水和流动冷水冲洗，放入阳极氧化液中，以不锈钢为阴极，阳极氧化处理60‑90min，获得具有仿生涂层的钛合金；本发明较传统阳极氧化方法，在阳极氧化前采用无污染的激光预处理钛合金表面，更易调整钛合金表面微观组织结构，而且所采用的阳极氧化主要成分为苹果酸，整个工艺不使用氢氟酸、硫酸、硝酸等强酸性物质，安全无毒，把对环境的污染和对人体的危害降到最低。极大提高材料的生物活性、耐磨性和耐蚀性，提高植入体的使用寿命。

(一)技术领域

本发明涉及一种钛合金仿生涂层的复合制备方法，特别涉及一种激光加工和阳极氧化结合，在钛合金表面制备具有良好耐腐蚀性能和生物活性的仿生结构层。

(二)背景技术

钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航空航天、国防、汽车、医疗等领域。特别是在医疗植入体方面，由于钛合金是生物惰性，不能与骨形成化学结合，同时其耐磨性和耐蚀性有一定的局限。因此人们尝试各种表面改性技术，使钛合金表面形成具仿生结构的表面层，以综合提高钛合金表面性能。

阳极氧化作为一种表面改性技术，虽然可以形成具有微纳多级孔洞结构的二氧化钛凝胶层，但存在工艺过程污染严重，表面孔洞结构不可控等问题。氧化层的孔洞大小和厚度只能通过阳极氧化的工艺参数来单方面调控。由于激光特有的优良属性，已被广泛应用于科学技术研究和工业生产。激光表面处理后形成的组织，化学均匀性高，通过激光处理工艺参数的调整能便捷地调控表层微观组织，显著提高合金耐磨和耐蚀性。

本发明则是结合这两种技术优势，采用激光预处理调控钛合金表面的微观组织结构，然后通过阳极氧化方法制备表面仿生结构。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种激光与阳极氧化复合制备钛合金仿生涂层的方法，在钛合金表面制备具有微纳孔洞结构的仿生氧化层，并且有效调控钛合金表面组织和仿生结构尺寸，从而提高钛合金植入体的生物活性以提高其使用寿命。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种激光与阳极氧化复合制备钛合金仿生涂层的方法，所述方法为：

(1)采用激光对钛合金材料表面扫描，获得激光预处理后的钛合金；

(2)将步骤(1)激光预处理后的钛合金置于无水乙醇或丙酮中超声清洗5-10min，取出后用蒸馏水冲洗干净，获得清洗后的钛合金；

(3)将步骤(2)清洗后的钛合金置于碱性除油液中浸泡后取出，依次用流动热水(优选80℃)和流动冷水冲洗，获得除油后的钛合金；所述碱性除油液组成：10-20g/L硅酸钠、10-20g/L碳酸钠、10-50g/L氢氧化钠，溶剂为去离子水，优选碱性除油液组成：20g/L硅酸钠、20g/L碳酸钠、50g/L氢氧化钠，溶剂为去离子水；

(4)将步骤(3)除油后的钛合金作为阳极放入阳极氧化液中，以不锈钢为阴极(阳极阴极面积比为1:2)，阳极氧化处理60-90min，获得具有仿生涂层的钛合金；所述阳极氧化液组成为：苹果酸5-100g/L、Na₂SiO₃ 5-20g/L、CaCl₂ 1-10g/L、Na₂HPO₄ 1-10g/L，溶剂为去离子水。

进一步，优选的，步骤(1)的激光预处理条件为：激光光斑0.1mm、激光功率200-500W、扫描速度100-3000mm/s、扫描间距0.04-0.06mm，更优选激光光斑0.1mm、激光功率500W、扫描速度100-3000mm/s、扫描间距0.06mm。

进一步，步骤(3)中，所述浸泡是在60℃条件下浸泡20min。