[發(fā)明專利]基于組織超細化和陽極氧化的提高TiNi合金生物醫(yī)用性能的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310001651.8
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103014576A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 許曉靜;朱利華;劉敏;牛小丫;張體峰;王宏宇;凌智勇;盛新蘭;王浩;蔡勇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C25D11/26;A61L27/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈦材表面改性方法，尤其是一種提高鈦材生物醫(yī)用性能的方法，具體地說是一種基于組織超細化和陽極氧化的提高TiNi合金生物醫(yī)用性能的方法。

背景技術

先進的生物醫(yī)用金屬材料及表面處理是國家中長期科學和技術發(fā)展的優(yōu)先主題。對于與自然骨（骨水泥）接觸的植入體如人工關節(jié)基干、骨創(chuàng)傷產品、種植牙等，其表面不僅必須要有好的生物活性，而且必須要有好的抗微動摩擦損傷性能、好的抗腐蝕性能。近年來，TiNi合金由于其較好的生物醫(yī)用性能，引起了國內外研究機構和專家學者的重視，但目前表面具有高抗腐蝕性、高微動摩擦磨損性、高生物活性等的生物醫(yī)用TiNi合金的獲得還是一個很大的挑戰(zhàn)。

對于生物醫(yī)用鈦材進行組織結構超細/納米化處理，可較好改善其強度、生物相容性等性能，而且還可以發(fā)揮其特有的對后續(xù)表面處理所具有的神奇誘導作用等。同時，陽極氧化與其他常見的表面處理方法（如等離子噴涂技術、激光熔融技術、溶膠—凝膠法）相比，其具有以下優(yōu)點：陽極氧化過程中基體內部較低的溫度避免了熱效應對基體的不利因素；氧化膜與基體之間的結合相當牢固；基體表面原位生長的多孔膜，避免了膜層表面開裂的問題；電解液是堿性液體，避免了電解液對環(huán)境的污染等。

但是，據(jù)申請人所知，到目前為止，尚未有一種基于組織超細化和陽極氧化的提高TiNi合金生物醫(yī)用性能的方法可供使用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是針對目前TiNi合金生物醫(yī)用性能尚不夠理想的問題，發(fā)明一種基于組織超細化和陽極氧化的提高TiNi合金生物醫(yī)用性能的方法，從而為我國醫(yī)用鈦材的發(fā)展和更加廣泛的應用提供支撐。

本發(fā)明的技術方案是：

????一種基于組織超細化和陽極氧化的提高TiNi合金生物醫(yī)用性能的方法，其特征是它包括以下步驟：

首先，以市購TiNi合金為原材料，對其進行等通道轉角大應變加工(ECAP)制得超細晶TiNi合金；

然后，對采用ECAP制得的超細晶TiNi合金進行預處理，以獲得表面清潔光滑的超細晶TiNi合金，預處理所得的超細晶TiNi合金的表面粗糙度應控制在Ra≤1μm；?

最后，將預處理后的超細晶TiNi合金在電解液中進行陽極氧化處理，即可獲得表面具有高抗腐蝕性、高抗微動摩擦磨損性和高生物活性的生物醫(yī)用TiNi合金。

所述的等通道轉角大應變加工(ECAP)是將市購TiNi合金材料在400～500℃下進行等通道轉角大應變擠壓。

在進行所述的拋光、噴砂及清洗預處理時先將采用ECAP制備的超細晶TiNi合金依次用400#、800#、1000#金相砂紙打磨，待其表面氧化層全部去除且無明顯劃痕后，再在拋光機上進行拋光到粗糙度Ra≤0.63μm；接著再用180#或以下的玻璃珠對超細晶TiNi合金進行噴砂處理，使其表面粗糙度Ra≤1μm；然后，將噴砂處理后的超細晶TiNi合金依次用丙酮超聲清洗至少20min后再用去離子水超聲清洗至少10min，晾干即可。

所述的陽極氧化處理所采用的工藝參數(shù)為電解液溫度為室溫、脈沖電壓為270~280V、氧化時間為1~9min、脈沖頻率為550～650Hz，占空比為5～7?%。

本發(fā)明的有益效果：

（1）采用本發(fā)明方法處理后的生物醫(yī)用TiNi合金具有高的抗腐蝕性，以實施例一為例，采用本發(fā)明方法處理后的生物醫(yī)用TiNi合金，其在Kokubo人體模擬體液電化學腐蝕中的腐蝕電流密度僅為1.2008ｘ10^-7Amp/cm²，腐蝕速率僅為0.001514mm/a。

（2）采用本發(fā)明方法處理后的生物醫(yī)用TiNi合金具有高的微動摩擦磨損性，以實施例一為例，在載荷1?N、時間10?min的試驗條件下，采用本發(fā)明方法處理后的生物醫(yī)用TiNi合金表面具有較低的摩擦系數(shù)和高的耐磨性，其平均值分別約為0.1032，其體積磨損率僅為處理前的約1/5。

（3）采用本發(fā)明方法處理后的生物醫(yī)用TiNi合金具有高的生物活性，以實施例一為例，在Kokubo人體模擬體液中，采用本發(fā)明方法處理后的Ca/P為1.436（接近于標準HA的Ca/P比1.67）,Ca-P層表現(xiàn)為典型的層狀結構生長，Ca-P層生長速率為31.4815g/m²。

（4）本發(fā)明方法基于組織超細化和陽極氧化兩種手段，使得處理后TiNi合金具有更多納米尺度蝕坑，而納米尺度蝕坑的作用在于貯存模擬體液，起到潤滑作用，降低粘著磨損傾向。