[发明专利]一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法，采用DLC薄膜作为钛合金和羟基磷灰石涂层的过渡层，提高其结合强度。进一步地，基于表面粗糙度对结合强度的影响，对DLC薄膜的表面粗糙度进行改进，发现选用纳米粒径的DLC薄膜优化微米粒径的DLC薄膜可以得到较佳的复合DLC薄膜表面粗糙度，进而使得钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度达到最佳效果。

技术领域

本发明涉及复合涂层领域，具体涉及一种钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法。

背景技术

生物医用材料（Biomedical materials）是指对生物系统进行诊断、治疗和置换其损坏的组织、器官或增进其功能的材料。作为植物体内的生物医用材料在治疗患者疾病以及减缓病人术后痛苦等方面发挥着重要作用。常用的生物材料大致可分为3类：生物医用金属材料、生物医用陶瓷材料以及生物医用高分子材料。典型地，钛合金，如Ti6Al4V合金具有优异的生物相容性、耐蚀性和抗疲劳强度，目前已成为人工关节髋臼杯外套及股骨柄假体的首选材料。由于钛合金本身不具备生物活性，常常需要在其表面制备一层羟基磷灰石薄膜以提高其生物相容性。

然而，由于钛合金与羟基磷灰石热膨胀系数的差异，导致钛合金表面羟基磷灰石涂层在结合强度方面不能尽如人意，进而造成其应用场景受限。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法，用于提高钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度。

一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对钛合金进行预处理；

2）制备DLC薄膜；

3）制备羟基磷灰石涂层；

4）去应力退火；

其中，步骤3）具体为：将表面含有DLC薄膜的医用钛合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃；

步骤4）具体为：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。

其中，步骤1）具体为：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。

其中，步骤2）具体为：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH₄和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中，CH₄流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。

优选地，步骤2）具体为：

S1：制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH₄和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。

S2：制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH₄和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。

优选地，微米DLC薄膜的沉积时间为40min，纳米DLC薄膜的沉积时间为10-50min。

进一步地，所述钛合金为Ti6Al4V合金。