[发明专利]复合涂层及其制备方法、植入材料和医疗器械

说明书

本发明涉及涂层的制备技术领域，公开了复合涂层及其制备方法、植入材料和医疗器械。公开的复合涂层，包括：在基体表面依次设置的Ti过渡层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，第一陶瓷层的主要成分为Tisubgt;3/subgt;SiCsubgt;2/subgt;，第二陶瓷层主要成分为Tisubgt;3/subgt;(Si,Ag)Csubgt;2/subgt;。公开的制备方法，包括在基体表面依次沉积Ti过渡层和主要成分为Tisubgt;3/subgt;SiCsubgt;2/subgt;的第一陶瓷层以及主要成分为Tisubgt;3/subgt;(Si,Ag)Csubgt;2/subgt;的第二陶瓷层。公开的植入材料，包括在基体表面沉积上述复合涂层。公开的医疗器械，包括上述的植入材料。本发明的复合涂层能增强钛合金的耐磨性和耐蚀性，并且植入初期还具有抗细菌感染的能力。

技术领域

本发明涉及涂层的制备技术领域，具体而言，涉及复合涂层及其制备方法、植入材料和医疗器械。

背景技术

钛合金由于其良好的生物相容性、较低的弹性模量和良好的耐腐蚀性能，在植入性医疗器械领域具有广泛应用，涵盖牙种植体、部分正畸手术用材料、髋关节、膝、肩、脊柱、肘部和腕骨等修复材料，以及固定用的骨钉、螺丝、螺母和骨板等。但是，作为植入性医疗器械材料，钛合金在体液环境下的离子溶出直接影响其作为植入器械在植入初期的细胞粘附增殖，增加骨整合周期，耐腐蚀性有待提高；而且钛合金摩擦磨损后产生的磨损微粒容易引发炎症，耐磨性有待提高；此外，钛合金表面无抗菌性能，针对细菌等病原微生物的感染容易导致植入器械的失效。针对这些问题，有必要对其进行表面改性。然而，单一的涂层难以实现钛合金表面的复合功能化，多种异质涂层的组合会引入的较高的残余应力，易引起薄膜开裂、剥落和失效，造成膜基结合力下降。因此如何通过复合表面改性增强基体与涂层之间的膜基结合力，并增强其在植入环境下的耐磨性、耐蚀性和抗菌性能是促进钛合金材料在植入器械应用的重要课题。

Ti₃SiC₂是三元层状化合物MAX相中的一种，因其独特的晶体结构而兼具金属和陶瓷的优良特性，既有陶瓷的高熔点、高硬度、耐磨损性和抗氧化性，又有金属的低摩擦系数和自润滑性能，可加工性好，综合性能优异，因此在多个领域具有广泛的应用前景。其中，Ti₃SiC₂的摩擦系数低，具有良好的自润滑性，可与石墨相媲美；Ti₃SiC₂的耐腐蚀能力优于金属；而且其元素成分Ti-Si-C与钛合金相比，并未引入对人体有害的元素，因此有望作为钛合金表面的耐磨耐蚀涂层。但是目前Ti₃SiC₂作为涂层发展的最大障碍是制备方法较为严苛，已报道采用化学气相沉积或磁控溅射方法可以制备Ti₃SiC₂涂层，但是该类方法合成温度高，一般需要800～1300℃的高温，成本太高。

为提高抗菌性能，常规方法为在材料表面进行Ag离子注入，以期通过Ag离子的缓释实现抗菌性能。但是离子注入设备复杂费用昂贵，且生产效率比较低，工艺成本非常高。为获取抗菌耐磨综合性能优异的涂层，还需在注入之前对材料进行其他镀层操作，进一步增加了工艺难度和工艺总成本。因此为实现钛合金表面优异的抗菌耐磨耐蚀综合性能，且控制工艺的复杂度，需进行复合涂层的优化设计与制备。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供复合涂层及其制备方法、植入材料和医疗器械。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种适用于植入材料的复合涂层，包括：

在基体表面依次设置的Ti过渡层、第一陶瓷层和第二陶瓷层，第一陶瓷层的主要成分为Ti₃SiC₂，第二陶瓷层主要成分为Ti₃(Si,Ag)C₂。