[發(fā)明專利]鈦或鈦合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜制備方法及應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110360073.8
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102978677A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設計）人: 張偉;杜克勤;趙寶宏;王福會
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;A61K6/02;A61K6/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈦或鈦合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜制備方法及應用，屬于金屬表面處理技術領域。

背景技術

1982年，多倫多“臨床牙醫(yī)學骨結合”國際會議上，瑞典的Branemark教授提出的“骨結合”理論得到公認。在骨結合理論的指導下，口腔種植學得到了突飛猛進的發(fā)展，牙種植體系統(tǒng)層出不窮，形成了獨立的種植外科體系及其理論。隨著學科發(fā)展的不斷完善，鈦或鈦合金以其良好的生物相容性和機械加工性能，成為目前臨床應用最廣泛的口腔種植材料。但是，鈦或鈦合金等金屬材料仍存在生物活性差、與骨結合強度低、愈合時間長及金屬離子釋放等問題。因此，如何改善種植體的性能，提高其生物活性，從而增強種植體的骨結合強度、縮短愈合時間是口腔臨床上需要迫切解決的問題。

針對這一問題，國內外研究學者對種植體的骨結合做了大量研究，并通過不同表面處理方法在鈦或鈦合金表面制備不同類型的涂層以改善其性能。W.J.Lo等采用等離子噴涂法在純鈦表面直接制備一層羥基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)陶瓷涂層，HA彈性模量為35-122GPa，與骨組織的彈性模量最為接近。同時，HA與人體骨組織中的無機基質的結構成分最為相似。但該方法得到的HA涂層，高溫下易分解，而且內層涂層和金屬基體之間仍是一種機械結合，存在涂層剝脫的潛在危險。加拿大Shirkhanzaden利用電沉積技術在純鈦表面制備磷酸鈣涂層，整個涂層由片狀晶體組成，結構與人工骨的HA相似，且涂層厚度、孔隙率、磷酸鈣晶體形態(tài)等均可通過工藝來控制。該方法是等離子噴涂技術的良好補充，但仍然存在與基體結合強度不足等問題。Milella等用溶膠-凝膠法在鈦基體上獲得了與基體材料結合強度較高的薄HA涂層。該涂層中HA含量高達99.1％，氣孔率達到12％，且制備溫度低。但是該方法生周期長，成本高，環(huán)境污染大，涂層具有易變形性。

很顯然，上述研究工作均在一定層面取得了很有意義的結果，但所制備的涂層存在與基體結合力不足的問題，而且由于HA和鈦金屬彈性模量相差很大，熱膨脹系數不匹配，將HA涂層直接附在鈦表面，導致HA涂層內留有殘余應力或應力分布不均勻，即使是較高膜基結合強度的HA涂層植入人體后，在長期壓應力的作用下，也會使基體與涂層的界面結合強度下降，造成種植體失敗。因此，在鈦合金表面開發(fā)具有較高結合強度且力學性能匹配的生物活性涂層，尚需科技工作者繼續(xù)進行深入而系統(tǒng)的探索。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種鈦或鈦合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜的制備方法。采用該方法制備的耐磨抑菌生物活性陶瓷膜不僅與鈦或鈦合金基體結合牢固，而且，致密的硬質底層具有較高的硬度和防護性能，從而提高鈦或鈦合金基體的耐磨性和耐腐蝕性。而外層的含Zn、Ca和P的多孔層則可提高鈦或鈦合金基體的生物活性和抑菌效果，從而實現(xiàn)鈦或鈦合金種植體的多功能性。而且，該陶瓷膜不僅可單獨作為生物涂層，并且通過后續(xù)加工處理，進一步轉化為更加耐蝕、耐磨及高生物活性的復合陶瓷層，以提高鈦或鈦合金表面的綜合性能。本發(fā)明的另一個目的是提供利用前述方法制造的鈦或鈦合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜的應用。

本發(fā)明是通過以下技術方案來實施的：

一種鈦或鈦合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)化學鈍化：鈦或鈦合金表面經噴砂處理后，在鈍化液中進行化學鈍化；該鈍化膜能夠防止鈦或鈦合金在氧化初期被微弧氧化電解液所腐蝕，提高初期陶瓷膜的生長速率。

(2)正向方波脈沖微弧氧化：在電解液1中、在正向方波脈沖電壓下進行鈦或鈦合金表面致密硬質陶瓷膜的制備；所述電解液1為水溶液，其組成如下：

致密硬質陶瓷膜制備過程中，電解液溫度20～50℃，電源模式為正向方波脈沖，氧化終電壓300～350V，氧化時間5～10分鐘，電流密度0.5～2A/dm²，頻率200～1000Hz，占空比0.3～0.8，獲得的致密硬質陶瓷膜厚度為5～10μm，致密硬質陶瓷膜的孔隙率為5～10％；

(3)正、反方波脈沖微弧氧化：在電解液2中、在正反向方波脈沖電壓下在致密硬質陶瓷膜表面進行含Zn、Ca和P的多孔抑菌生物活性功能陶瓷膜的制備；所述電解液2為水溶液，其組成如下：