[发明专利]一种具有抗菌功能的钛合金纳米涂层及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种具有抗菌功能的钛合金纳米涂层及其制备方法，其特征在于，按照质量百分比计，所述涂层的化学成分为：Cu：2‑10％；Ce：0.04‑0.1％；Ti：余量。优选范围是：Cu：4‑8％；Ce：0.06‑0.08％；Ti：余量。本发明是在基体表面形成具有抗菌功能的钛铜铈纳米涂层，使基体获得具有广谱抗菌功能涂层，该涂层在生物介质及腐蚀性溶液中具有优异的耐腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属材料表面沉积医用纳米涂层技术领域，具体提供一种具有抗菌功能的钛合金纳米涂层及其制备方法。

背景技术

在目前的医学领域内，由金属医疗器械植入物引发的细菌感染问题已经越来越需要引起重视。据统计，美国骨科植入物相关感染的年发病率达到4.3％左右。世界卫生组织(WHO)颁布的《院内感染防治实用手册》中有关数据显示，全世界每天有超过1400万人在遭受院内感染的痛苦，其中60％的细菌感染与使用的医疗器械有关。医疗器械引发的细菌感染一旦发生就会对患者造成灾难性的后果。患者需再经历1-2次手术取出植入医疗器械并清除病灶，这给患者带来沉重的经济与精神负担，同时也会对医院和社会等造成一定的负面影响。并且，目前在医用药物中，抗生素的使用日益加重，滥用抗菌药将导致耐药菌肆虐，一旦广泛耐药发生，即使是剖腹产、髋关节置换术等常规手术，患者死于手术并发感染的风险将倍增。因此，研究开发具有抗细菌感染功能的新型医用金属材料，对消除或减少与金属医疗器械引发的细菌感染相关的疾病而言，具有重大的经济和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于针对医疗领域内金属植入器械的不足，提供一种具有抗菌功能的钛合金纳米涂层及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有抗菌功能的钛合金纳米涂层，其特征在于，按照质量百分比计，所述涂层的化学成分为：Cu：2-10％；Ce：0.04-0.1％；Ti：余量。优选范围是：Cu：4-8％；Ce：0.06-0.08％；Ti：余量。

本发明所述纳米涂层喷涂在基体上，所述基体为医用纯钛/钛合金、医用不锈钢等。

本发明所述TiCuCe纳米涂层的厚度为5-10微米，TiCuCe纳米涂层的纳米压痕硬度值为20GPa以上。

本发明还提供了所述钛合金纳米涂层的制备方法，其特征在于：

(1)采用电弧离子镀技术，镀TiCuCe层：靶材为钛铜铈合金靶，将真空室内真空度抽到3×10^-3Pa～1×10^-2Pa，再对真空室加热至350～550℃；设定所需的气体流量为50～100sccm，向真空室内通入氩气，控制气压在0.2～1Pa之间；然后对基体施加-500～-1000V范围内的脉冲负偏压，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗10～20分钟；再调整氩气流量，使真空室气压控制在0.2～0.9Pa之间，同时开启合金靶弧源，设置弧电流为70～90A，对样品进行轰击(优选5～10分钟)；然后调整脉冲负偏压至-100V～-600V，沉积TiCu涂层50～150分钟；

(2)沉积结束后，迅速停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体，继续抽真空，工件随炉冷却至50℃以下。

涂层中加入Cu和Ce是保证其生物功能的必要条件，也是本发明的主要创新点。本发明是在保证纯钛优异的生物相容性前提下，加入一定量的Cu和Ce，使涂层在人体环境中时，微量的铜离子从表面溶出，以发挥涂层的抗菌性能，且铈元素的添加能起到增强抗菌性和耐蚀性的作用，同时，加Cu后硬度和耐磨性都会有所提高。最终，制备得到同时兼顾纯钛优异的生物相容性和铜元素杀菌性能及良好的耐蚀性能的生物功能性涂层材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：