[发明专利]一种镁及镁合金表面制备钽生物涂层的方法

说明书

本发明公开了一种镁及镁合金表面制备钽生物涂层的方法，其特征在于包括以下制备步骤：1)在镁/镁合金表面制备多孔微弧氧化陶瓷涂层：将镁/镁合金悬挂浸入电解液作为阳极，不锈钢电解槽作为阴极，微弧氧化采用恒压模式，具体参数为：电压350～450V，电源频率800～1200Hz，正负占空比为30～50％，处理时间2～10min，所述电解液体系为钽粉0.5～2g/L、六偏磷酸钠2～5g/L、氟化钾5～10g/L；2)在多孔微弧氧化陶瓷涂层表面进行双辉等离子镀钽形成钽渗镀层。本发明通过选择合适的电解液成分和微弧氧化参数，镁合金表面微弧氧化制备的陶瓷涂层熔点可达1000～1500℃，升高的表面温度可为双辉离子镀钽提供更高的工作温度区间，从而提高双辉离子镀钽的涂层厚度和涂层质量。

技术领域

本发明属于金属材料表面涂层技术领域，具体涉及一种镁及镁合金表面制备钽生物涂层的方法。

背景技术

随着生物医用材料研究的迅猛发展和医疗技术水平的不断提高，生物材料在骨科领域得到了更为广泛的应用。人体因外伤、炎症、肿瘤和先天性畸形造成骨缺损或肢体不健全者不计其数,需要研发并制造大量的人造关节、人工骨、骨填充材料，以及各种内、外固定器械等。目前，骨科植入材料类产品是全球生物材料相关产品中需求量最大的一类，占全球生物材料市场的37.5％，主要包括脊柱类产品、创伤类产品、人工关节类产品、运动医学类产品以及神经外科类产品等。临床上常见的骨科植入材料多为生物惰性材料，如316L不锈钢、纯钛及Ti-6Al-4V合金、钴铬钼合金等，植入体内后不能自行降解，需通过二次手术取出，给患者造成新的痛苦及医疗费用负担。并且惰性金属材料植入物在体内的长期存留会通过磨损或腐蚀形成具有生物毒性的金属离子和颗粒，引发组织过敏或炎症反应，导致材料生物相容性降低，严重时造成植入失效。此外，传统医用金属材料与人体骨力学性能不匹配，易导致应力遮挡效应，影响骨骼修复愈合。

镁合金作为新型可降解医用金属材料,近年来成为生物材料领域的研究热点。生物可降解镁合金材料巧妙地利用镁合金在人体环境中可发生腐蚀降解的特性，来实现金属植入物在体内伴随组织愈合而被人体吸收、消耗或排出的医学临床目的，从而避免二次手术给病人带来的痛苦和经济负担。镁合金具有与人骨相近的生物力学性能，密度、弹性模量与人体皮质骨接近，可实现骨科植入材料的轻量化，避免应力遮挡作用的产生，是人骨最好的生物力学相容性材料。同时，镁是维持人体生命活动必需的营养元素，参与体内一系列新陈代谢过程，还与骨骼功能关系密切。鉴于镁合金材料的上述优势，医用可降解镁合金被认为是一种极具临床应用潜力的可降解医用骨植入材料。

但是，在生理环境中降解速率过快是镁合金目前面临的一个重要问题。研究表明，镁合金降解速率过高会导致高浓度镁离子的释放，植入物周围碱性的迅速升高，氢气的大量释放以及植入物力学完整性的快速丧失，使得镁合金在组织未完全愈合前就容易发生失效，影响治疗效果。因此，如何在确保镁合金在生理电解质环境中良好的生物相容性的同时，提高其耐腐蚀性能仍然是生物镁合金研究的主要方向。

表面改性技术是针对镁合金降解过快问题的一种重要解决办法。通过对表面处理方法的选择和参数的控制可有效降低镁合金的降解速率。由于表面改性成本较低，易于控制，还可同时提高材料的生物相容性及表面的生物活性，因此受到广泛的研究。在医疗领域，钽元素具有优异的耐腐蚀性能、耐磨性能，较钛、镁等元素具有更加优异的生物相容性，生物组织易于在钽植入物表面生长，因此钽有“亲生物金属”之称。同时，钽元素还可以促进细胞增殖，提高成骨细胞的造骨能力，具有良好的骨传导能力。因此，在镁合金表面制备钽生物涂层将成为提高生物镁合金综合性能的有效途径。

目前，在镁合金表面制备含钽涂层的制备技术及其应用相对较少，因此，研究和实现镁合金表面耐腐蚀性能良好、生物安全性良好、并兼具一定促成骨功能的钽生物涂层的制备技术对生物镁合金的应用具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既能提高镁合金耐腐蚀性能，又能改善其生物相容性的镁及镁合金表面制备钽生物涂层的方法。