[發明專利]含納米晶粒高生物活性二氧化鈦涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201210002155.X
• 申請日: 2012-01-05
• 公開（公告）號: CN102560597A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 魏大慶;成夙;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于金屬表面改性技術領域，具體涉及一種純鈦或鈦合金表面制備具有高生物活性二氧化鈦涂層的方法。

背景技術

鈦及鈦合金材料作為重要的生物醫用材料，具有高機械強度、高韌性和優良的抗疲勞性能，廣泛應用于人體的關節、牙、骨等硬組織的替換。然而，將其植入到人體中普遍存在生物活性差，結合強度低、愈合時間長等問題。為了提高醫用鈦金屬的生物活性，促進其與人體骨組織的結合，發展新技術對醫用鈦和鈦合金的表面進行生物活化改性處理，提高其與人體硬組織的結合性能，具有非常重要的意義。

發明內容

針對現有鈦及鈦合金材料植入到人體中普遍存在生物活性差，結合強度低、愈合時間長等問題，本發明提供一種含納米晶粒高生物活性二氧化鈦涂層的制備方法，與微弧氧化法制備的二氧化鈦涂層相比較本發明制備的二氧化鈦涂層具有更好的誘導羥基磷灰石性能，有助于提高鈦基體替換物植入體內與骨組織的結合能力。

????本發明的含納米晶粒高生物活性二氧化鈦涂層的制備方法，包括如下步驟：

一、微弧氧化：將純鈦或鈦合金置于含有堿性電解液的不銹鋼槽體中，采用雙極脈沖電源，通過對微弧氧化電參數和微弧氧化時間的控制，靠鈦表面的擊穿放電使鈦表面形成一層多孔二氧化鈦涂層，所述微弧氧化的脈沖電壓為200～500V、頻率為400～800Hz、占空比為4～20%、溶液溫度為0～50℃，氧化時間為5～30min；

二、水熱處理：采用水熱法將微弧氧化后的多孔二氧化鈦涂層置入裝有處理液的反應釜中處理12～48h，控制反應釜外部溫度為150～250℃，在二氧化鈦涂層表面原位生長出二氧化鈦納米晶粒。

本發明具有如下優點：

1、本發明能夠在原位形成含有納米晶粒的氧化物涂層，使材料具有納米尺寸效應，可適用于不同形狀與尺寸的零件，所獲得的二氧化鈦涂層含有對人體骨組織生長有益的硅Si、鈣Ca微量元素，能夠成功的在模擬體液中誘導羥基磷灰石的生成，有助于提高鈦或鈦合金基體替換物植入體內與骨組織的結合能力。

2、本發明顯著的提高了鈦或鈦合金的表面生物活性，擴展了鈦或鈦合金作為最理想的骨替代物的應用范圍。

3、未經過水熱處理的微弧氧化涂層，在模擬體液中誘導磷灰石的形成，需要7天在掃描電鏡下才能出現羥基磷灰石，14天肉眼才能發現涂層表面的羥基磷灰石，一個月誘導磷灰石的數量才能達到飽和。與未經本發明水熱處理涂層相比，本發明在模擬體液中誘導磷灰石的能力有很大提高，本發明處理后的涂層在模擬體液浸泡24h以后用掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀觀察在涂層表面即有羥基磷灰石形成，浸泡3天肉眼就可看到表面形成的羥基磷灰石，后續觀察隨浸泡時間增加羥基磷灰石形成數量也增多，浸泡一周磷灰石形成數量達到飽和。實驗表明，按本發明方法制備的含納米晶粒二氧化鈦涂層在實際應用中，可以顯著提高鈦及鈦合金材料的生物活性。

4、本發明操作簡單，可控性強，成本低，將無毒害物質引入到涂層中。

附圖說明

圖1為具體實施方式一中微弧氧化后二氧化鈦涂層的掃描電鏡照片；

圖2是具體實施方式一中水熱處理后二氧化鈦涂層的掃描電鏡照片；

圖3是具體實施方式一中水熱處理后二氧化鈦涂層中納米晶粒的掃描電鏡照片；

圖4是具體實施方式一中水熱處理后二氧化鈦涂層及鈦基體X射線衍射圖譜。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式按照如下步驟制備含納米晶粒高生物活性二氧化鈦涂層：

步驟一：做微弧氧化，將純鈦或鈦合金置于含有堿性電解液的不銹鋼槽體中，以純鈦或鈦合金做陽極，不銹鋼槽體為陰極；氧化過程中通過冷卻系統控制槽液溫度＜50℃；采用雙極脈沖電源，通過對微弧氧化電參數和微弧氧化時間的控制，靠鈦表面的擊穿放電使鈦表面形成一層孔徑尺寸為微米級的多孔二氧化鈦涂層（圖1），其中微弧氧化的脈沖電壓為200～500V、頻率400～800Hz、占空比為4～20%、溶液溫度為0～50℃，氧化時間為5～30min；

步驟二：采用水熱法將微弧氧化后的多孔二氧化鈦涂層置入裝有處理液的反應釜中，通過控制反應釜外部溫度和處理時間，使多孔二氧化鈦涂層表面形貌發生改變，在涂層表面原位生長出一定尺寸的二氧化鈦納米晶粒（圖2～4）。

本實施方式中，所述的純鈦或鈦合金的基體零件為任意形狀。

本實施方式中，所述的堿性電解液為硅酸鹽混合物。