[發明專利]一種在鈦及其合金表面制備生物活性復合涂層的方法

在審

• 申請號: 201310574952.X
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN104651897A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 孔見;姚雙英
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于生物醫用材料領域，具體涉及一種在鈦及其合金表面制備生物活性復合涂層的方法。

背景技術

鈦及其合金具有良好的生物相容性，同時具有各種金屬中最接近骨的彈性模量，抗疲勞強度優于其他醫用金屬材料等優點。但其生物活性差，與周圍骨組織之間只能形成機械嵌合，植入體內后易發生松動和脫落，故需對其表面進行活化處理。現階段常用的制備生物活性涂層的方法有等離子噴涂法，溶膠-凝膠法，激光熔覆法，電化學沉積法等。其中等離子噴涂法是目前發展較為成熟、應用最為廣泛的方法，其制備涂層速度快，重復性好，適于工業化生產，但這種技術仍存在一些不足，影響植入體的使用效果，如高溫處理引起的磷灰石晶相的破壞分解、涂層與基體間應力、復雜形狀基體上涂層均勻性差等。

近年來，應用電化學方法在醫用金屬表面制備生物陶瓷涂層復合材料的方法引起了人們高度重視。電化學沉積是一種利用電解方法鍍膜的過程，也是一種氧化還原過程。它是通過控制電化學反應，調節陰極/溶液界面化學環境，使電解液中的鈣磷物質在陰極表面相對高的pH環境下達到一定過飽和，進而從溶液相中結晶析出，并沉積在金屬電極表面。電化學沉積所得涂層可直接使用，也可經后續處理轉化為羥基磷灰石（簡稱HA）再使用。其特點在于作為一種溫和的表面涂覆方法，電化學沉積可避免采用傳統高溫涂覆而引起的相變和脆裂，而且其沉積過程是非直線過程，可以在復雜或表面多孔的金屬基材表面形成均勻的生物陶瓷沉積層，并能精確控制涂層成分、厚度，所需設備簡單、成本低、操作方便。

現階段電化學沉積獲得的涂層仍然存在一些問題。主要是涂層與基體的界面結合強度需進一步提高；所得涂層較薄，降低了涂層的穩定性和植入體的長效性能，沉積時間較長，不利于工業化生產等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在鈦及其合金表面制備生物活性復合涂層的方法，其特點為沉積速率較快，結合強度增加，所得涂層較厚，改善了植入體長期使用性能等。

實現本發明目的的技術解決方案為：

????一種在鈦及其合金表面制備生物活性復合涂層的方法，步驟如下：

第一步，將鈦或其合金作陰極，Pt作陽極，電解液為鈣鹽和磷酸鹽配置的混合液，調節pH，向其中加入納米HA顆粒，攪拌均勻后進行沉積，在陰極上得到鈣磷層；

第二步，取出陰極，經蒸餾水沖洗、干燥、后續堿熱處理得到生物活性復合涂層。

????其中，第一步中，鈦合金選用Ti-6Al-4V，鈣鹽為Ca（NO₃）₂?或CaCl₂，磷酸鹽為NH₄H₂PO₄。

????第一步中，鈦或其合金需先經過陽極氧化預處理，再進行電化學沉積。

????第一步中，混合液中Ca²⁺的濃度范圍為0.03~0.25M，混合液中PO₄^3-的濃度范圍為0.018~0.15M。

????第一步中，加入?NH₃·H₂O調節PH為1~6。

????第一步中，納米HA顆粒的粒徑為5~300nm，加入量為1~40g/L。

????第一步中，沉積過程中電流密度1~150mA/cm²，沉積溫度20~80℃，攪拌速率80~600rpm，沉積時間20~120min。

本發明的原理是：通過選擇合適的工藝參數和納米HA顆粒，根據納米HA顆粒自復合的總體思想，利用納米顆粒的自身特性，改善涂層與基體的結合強度，提高電化學過程的沉積速率，獲得具有較高生物相容性和較長使用壽命的生物活性復合涂層。

本發明與現有技術相比，其顯著優點是：

1.?所得復合涂層中，納米HA顆粒將電化學方法沉積的連續涂層分隔開，有助于緩解涂層的應力集中，提高結合強度；

2.?納米HA顆粒的加入提高了沉積速率，縮短沉積時間；

3.?所得納米復合涂層較傳統電化學方法所得涂層的厚度大大增加，可極大改善植入體的長效使用性能；

4.?納米HA顆粒可與新生骨組織結合且成骨較快，較普通HA涂層具有更好的生物學性能。

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具體實施方式

下面的實施例可以使本專業技術人員更全面地理解本發明。

實施例1.