[發明專利]鈦合金骨科手術器械的表面處理工藝

有效

• 申請號: 201310464017.8
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103526260A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 歐陽江林;孫學通;陳賢帥;陳建宇
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院先進技術研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B24C1/10
• 代理公司: 深圳匯智容達專利商標事務所(普通合伙) 44238
• 代理人: 熊賢卿

技術領域

本發明涉及一種醫用金屬表面處理工藝，尤其涉及一種鈦合金骨科手術器械的表面處理工藝。

背景技術

鈦合金在醫療器械應用領域主要包括人工植入體、醫療設備及手術器械（如骨鉆、骨鋸、骨鉗、牙骨銼、牙周銼以及穿刺器械等骨科手術器械）等。醫用鈦合金材料的長期抗磨性、耐蝕性是骨科手術器械質量的重要指標。骨科手術器械在手術使用過程中，不可避免與人體硬組織（骨骼等）和體液（或血液）等人體環境接觸，必然存在磨損、腐蝕等問題。特別是對于滑動、旋轉功能的醫療設備及骨科手術器械，使用過程在鈦合金表面容易產生麻面缺陷，耐磨性差，其大的摩擦系數會造成手術器械滑動、旋轉部位快速磨損或咬合損壞。鈦合金的表面磨損性能差是引起材料破壞或設備失效的一個重要原因。此外，若鈦合金骨科手術器械的抗磨性差，長期使用后產生的磨屑會造成人體組織的發炎、感染等不良后果。

鑒于上述問題，目前國內外積極研究開發各種表面處理方法，以求提高鈦金屬耐磨、耐蝕性能。目前常用的金屬表面涂層方法有:化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積（PVD)、等離子體化學氣相沉積(PECVD)的成本高，膜層厚度較小，生產效率低；熱噴涂法、等離子噴涂以及化學涂覆法制備的膜層穩定性較差，與基底結合力較小。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種鈦合金骨科手術器械的表面處理工藝，使鈦合金骨科醫療器械的表面具有耐磨性能的同時并改善其表面耐蝕性能。

為實現上述目的，本發明公開以下技術方案：

鈦合金骨科手術器械的表面處理工藝，包括以下步驟：

（1）試樣前處理：包括將鈦合金試樣用逐級增大目數的砂紙拋光打磨、脫脂洗凈、丙酮超聲清洗、HF/HNO₃混合酸溶液處理；

（2）強力噴砂處理：對步驟（1）處理后的鈦合金試樣進行噴砂處理，磨料大小為200～300目，噴砂距離為3～10cm，壓縮氣體壓力為2～8bar，噴射時間為5～20sec，鈦合金試樣控溫在150～300℃；

（3）超聲微弧氧化處理：對步驟（2）處理后的鈦合金試樣進行常溫微弧氧化處理15～60min，電解液包括：1～10g/L?Na₂SiO₃，1～10g/L?NaAlO₂，0.5～1g/LNaOH和1～3g/L耐磨性顆粒；電參數為：電壓：300～700V，占空比：10～50%，頻率：200～1000Hz；超聲波功率：100～300W；

（4）柔性拋光：對步驟（3）處理后的鈦合金試樣采用非油脂性的消光拋光劑拋光打磨，拋光后鈦合金試樣表面粗糙度達Ra0.5～0.05μm。

優選地，步驟（1）中使用的砂紙的目數依次為200目、400目、800目、1200目和2000目。

優選地，步驟（1）中HF/HNO₃混合酸溶液中HF：HNO₃：水的體積比為1:3:6。

優選地，步驟（2）中的磨料為碳化硅或剛玉。

優選地，步驟（2）中壓縮空氣壓力為4～8bar，噴射距離為30～60mm。

優選地，所述的骨科手術器械為骨鉆、骨鋸、骨鉗、牙骨銼、牙周銼或穿刺器械。

本發明鈦合金骨科手術器械的表面處理工藝采用低成本的表面強力噴砂、電化學表面氧化及機械拋光等技術，通過強力噴砂將磨料（耐磨性顆粒）“嵌入”鈦合金基底表面，進而利用微弧氧化在微弧放電區的高溫燒結熔融過程將耐磨性顆粒“融入”表面陶瓷涂層中。強力噴砂處理一方面提高前處理后鈦合金的表面粗糙度，另一方面則是將磨料“嵌入”鈦合金基底表面。

在微弧氧化中引入耐磨性顆粒和超聲波，提高微弧氧化陶瓷膜層的致密度及耐磨粒子的“固溶”比例，在金屬表面形成“固溶”耐磨性顆粒的陶瓷膜層。本發明中超聲微弧氧化使用的是申請號為201210557930.8中國發明專利申請公開的超聲微弧氧化裝臵及其超聲微弧氧化方法。超聲波可以保持電解液濃度的均勻和一定的含氧量（超聲波空化產生大量的氣泡），并將微弧氧化（MAO）過程中產生的熱量迅速釋放以保證系統溫度的基本恒定（不超過35℃）。

由于受多種因素控制，微弧氧化后，在金屬表面原位生長的陶瓷薄膜外層為粗超的孔狀結構，為了提高陶瓷薄膜層的致密度及均勻性，還需對微弧氧化處理后的鈦合金試樣表面進行拋光、打磨等后處理。