[发明专利]一种锆铌合金表面改性方法

说明书

本发明属于材料表面改性领域，涉及一种锆铌合金表面改性方法。本发明利用阳极氧化法在锆铌合金基体上原位制备锆铌复合氧化物纳米管改性层，提高合金的亲水性、生物相容性和光吸收性。通过调整所述锆铌合金中铌的含量来控制所述纳米管的形貌，提高了氧化物与合金基底的结合力。利用原子比配比熔炼制备Zr‑Nb合金，工艺简单，成本低，适合大规模生产。所制备的纳米管管径在35.3‑42.3nm之间，通过水接触角仪测定改性后材料表面水接触角均小于10°。通过紫外可见近红外光谱仪测定热处理后改性层光吸收拓展至450‑1800nm之间，600℃热处理后的纳米管中不含氟元素。

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，涉及一种锆铌合金表面改性方法，并且能够通过改变铌含量控制纳米管的形貌以及获得优异的生物学性能和光学性能。

背景技术

Ti-Ni合金作为生物医用合金表现出优异的力学性能、良好的记忆效应以及超弹性，以及优异的耐蚀性和生物相容性，但是Ti-Ni合金中Ni离子在生理腐蚀环境中会逐渐溶出，存在潜在的致敏、致畸和致癌等风险，因此开发完全由无毒性元素组成的新型形状记忆合金是现代医用金属的研究方向。基于此，β型钛合金比如Ti-Nb,Ti-Mo,Ti-Ta和Ti-Zr基合金通过优化得到了系列具有形状记忆效应的医用钛合金。通过金属表面改性的方式可以在金属表面制备氧化物，从而提高植入物的生物相容性和生物活性。常用的制备氧化物的表面改性方法包括碱热处理，溶胶凝胶法，微弧氧化法和阳极氧化法。此外随着医用检测手段发展，磁共振成像作为有效的判断手段，但是钛合金在进行磁共振检测时会造成图像伪影，影响医生对磁共振成像结果的判断，同时钛合金在强磁场作用下会产生位移，对植入体的功能性有负面作用而且有可能造成二次损伤。因此，发展具有抗磁性的医用形状记忆合金是应对检测科技发展的必要工作。锆合金具有优异的生物相容性和低磁化率，其中β相锆铌基合金具有优异的力学性能、形状记忆效应、耐蚀性、和抗磁性。Zr和Nb均为阀金属，在空气中表面会发生钝化形成一层厚度约为2-5nm的致密氧化物膜，有利于提高金属基底的生物相容性。

碱热处理制备能够得到表面粗糙的合金，但是合金表面氧化物厚度可控性差；通过溶胶凝胶法和浸渍提拉法能够在合金表面制备一层致密、均匀的TiO₂薄膜，但是薄膜厚度可控性差且与基底结合力弱；微弧氧化法制备氧化膜的工艺参数复杂、可控性差，而且能耗较大，成本较高。阳极氧化法可以通过控制阳极氧化电压、时间及电解液浓度调控氧化物膜层的厚度、纳米管管径及与基底的结合力，是一种简易、高效、低成本的金属表面改性方法。