[发明专利]一种选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化方法，所述方法为：将经选区激光熔化成型的钛合金置于无水丙酮中超声清洗5‑10min，取出后用蒸馏水冲洗后置于碱性除油液中，在60℃下浸泡20min，然后依次经80℃流动热水和流动冷水冲洗；再放入阳极氧化液中，以不锈钢为阴极进行阳极氧化处理60‑80min，实现对选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化；在成型合金的表面形成具有多级孔洞结构的氧化钛层，从而改善材料生物活性，同时又能提高材料的耐磨性和耐蚀性，很大程度上解决金属离子溶出问题，降低细胞毒性。

(一)技术领域

本发明涉及一种选区激光熔化技术成型钛合金的后处理工艺，针对选区激光熔化技术成型组织特点，采用阳极氧化技术，调控选区激光熔化成型TC4合金的表面微观尺度，使得表面形成具有多级孔洞氧化层，以达到提高表面生物活性和表面综合性能的目的。

(二)背景技术

TC4钛合金选区激光熔化技术，是通过高能量密度的激光束逐层熔化TC4钛合金粉末，从而实现任意复杂的TC4合金实体的制造，可以实现个性化的植入体制造。选区激光熔化技术应用于植入体制造最大的优势是可以解决由于杨氏模量不匹配所带来的“应力屏蔽”问题，提高植入体与人体骨骼的匹配度。

但是选区激光熔化技术并不能控制所成型TC4合金的表面微观形貌，这就需要通过一定表面改性技术去改善其表面结构和质量。阳极氧化技术作为表面改性技术的一种，是通过钛作阳极，用不锈钢或铝作阴极，以水溶液、非水溶液或熔盐作电解液，借助电化学反应生成氧化钛膜的过程。氧化膜层不仅可以提高材料的耐磨性和耐蚀性，而且能够在很大程度上解决金属离子溶出问题，降低细胞毒性，大大提高植入体的生物相容性。选区激光熔化技术成型TC4合金的微观组织较传统制造生产的医用TC4合金的组织有较大差异。选区激光熔化成型的TC4合金由于激光加工快冷的特点导致成型组织以大量的针状α′和少量的β组织为主，其中β组织呈现出外延柱状生长，这与传统锻造生产的具有等轴组织的医用TC4合金是有所差异。目前还未有开发针对选区激光熔化这一成型组织特点的阳极氧化方法。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化方法，为满足医用植入体对钛合金生物活性的要求，通过对选区激光熔化成型的钛合金进行阳极氧化，在其表面生成具有多级孔洞结构的氧化膜层，提高钛合金的使用寿命和生物活性。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化方法，所述方法为：(1)将经选区激光熔化成型的钛合金(优选粒径为270目的TC4钛合金粉末成型)置于无水丙酮中超声清洗5-10min，取出后用蒸馏水冲洗后置于碱性除油液中，在60℃浸泡20min，然后依次经80℃流动热水和流动冷水冲洗，得处理后的钛合金；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，优选所述碱性除油液：20g/L硅酸钠、20g/L碳酸钠、50g/L氢氧化钠，溶剂为去离子水；

(2)将经过步骤(1)处理后的钛合金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)进行阳极氧化处理60-80min，实现对选区激光熔化成型钛合金的表面阳极氧化；所述阳极氧化液组成：苹果酸5-100g/L、Na₂SiO₃ 5-20g/L、CaCl₂ 1-10g/L、K₂HPO₄·3H₂O 1-10g/L，溶剂为去离子水。

进一步，优选的，步骤(1)中所述钛合金选区激光熔化成型条件为：激光功率300-500W、光斑直径0.1mm、扫描间距0.06-0.08mm、扫描速度200-500mm/s，更优选激光功率500W、光斑直径0.1mm、扫描间距0.06mm、扫描速度500mm/s。

进一步，优选所述钛合金选区激光熔化成型以钛合金粉末为原料，钛合金粉末铺粉厚度为0.1mm。