[發明專利]一種新型鈦鎳醫學植入材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410357946.3
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104087935A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 王振霞;張紅前;賀志勇;楊耀軍;劉小萍;單小林;楊紅玉
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C10/08;C25D11/26
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及稀有金屬材料表面改性技術領域，特別涉及一種鈦鎳表面沉積鈦，并進行微弧氧化制備二氧化鈦及三氧化二鋁混合陶瓷膜的復合處理方法，具體是一種新型鈦鎳醫學植入材料的制備方法。

背景技術

鈦鎳合金以其良好的生物相容性、高比強度、耐蝕性、超彈性廣泛應用于生物醫學領域。它主要用來制造血管、食道支架、牙科及骨科裝置等。然而，至今有兩大因素制約其廣泛的應用：一是其硬度較低，作為植入體，需要長時間服役，過度的磨損會導致人體的病變；二是腐蝕導致鎳離子的析出會引起細胞和組織的過敏、中毒甚至癌變反應。為了提高其表面硬度及屏蔽鎳離子的析出，目前用于鈦鎳合金的表面處理中主要方法有：K.W.?Ng,?H.C.?Man等人在鈦鎳合金表面激光熔覆Mo和ZrO₂粉末來提高其耐磨耐蝕性。這種方法確實可以極大地提高耐磨耐蝕性，但處理后的表面鎳離子濃度高達35%，極容易在摩擦磨損和人體化學反應過程中釋放到人體造成危害。Y.?Cheng,?Y.F.?Zheng等通過在TiNi表面等離子注入形成類金剛石薄膜的方法提高其耐蝕性和血液相容性，但其摩檫學性能仍待檢驗。諸多方法均無法有效地解決以上兩大制約因素。

等離子表面合金化技術被認為是表面合金化領域的一種新型技術。它通過輝光放電產生低溫等離子體，在鎳基合金、不銹鋼和高速鋼表面形成特殊物理、化學、機械性能的合金層，合金層厚度可達30-50μm。由于滲層中靶材元素的濃度由基體至表面逐漸增大，呈梯度分布，因此表面滲層與基體之間有很好的結合強度。該技術具有無公害、可處理大批量及大面積工件、滲層厚度和成分范圍均很寬等諸多優點。微弧氧化技術是指利用弧光放電增強并激活在工件陽極上發生的微弧等離子氧化反應，從而在以鋁、鈦、鎂等金屬及其合金為材料的工件表面原位生成優質的強化陶瓷膜。主要方式是通過在工件上施加電壓，在一定電流密度下，致使在工件表面出現電暈、輝光、微弧放電，甚至火花斑，使工件表面在微弧等離子體高溫高壓下與電解質溶液相互作用，形成陶瓷膜，進而達到工件表面強化。這種陶瓷膜與基體冶金結合，硬度高，具有很好的耐磨耐蝕、耐高壓絕緣和抗高溫沖擊等特性，可以數倍乃至數十倍的提高工件的使用壽命。微弧氧化處理后的鈦基表面陶瓷膜層具有硬度高（HV>1200），耐蝕性強（CASS鹽霧試驗>480h），絕緣性好（膜阻>100MΩ），膜層與基底金屬結合力強，并具有很好的耐磨和耐熱沖擊等性能。但是，微弧氧化膜表面也容易形成空洞，從而影響其表面性能。

TiO₂具有良好的生物相容性，故在TiNi表面制備TiO₂納米管成為近年來研究熱點之一。由于Ni不是閥金屬，其氧化膜性質不穩定，使用微弧氧化直接制備TiO₂不易生成，因此合適的過渡層是解決該難題的重要因素。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種新型鈦鎳醫學植入材料的制備方法，該方法是在鈦鎳合金表面制備鈦沉積層作為過渡層，并微弧氧化復合處理形成二氧化鈦涂層，并且使用Al₂O₃進行封孔。用該方法所制備的涂層的表面硬度達到1200HV，耐蝕性較之前顯著提高。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種新型鈦鎳醫學植入材料的制備方法，首先利用等離子合金化技術在鈦鎳合金工件表面滲鈦形成沉積層，然后再通過微弧氧化的方法在沉積層表面形成TiO₂及Al₂O₃混合氧化物涂層；

具體包括如下步驟：?

1）取鈦鎳合金基體作為工件，用機械和化學混合方法消除工件表面的氧化膜，具體過程是：用金相砂紙對工件表面進行粗磨，然后對工件表面噴砂打磨，接著對工件表面進行超聲波清洗，最后吹干；

2）在等離子表面合金化滲金屬爐中，源極選用純度為99.99%的純鈦靶，將步驟1）中預處理好的工件擺放在等離子表面合金化滲金屬爐內的支架上充當陰極，并且在工件外面罩純鈦制屏蔽罩以增加空心陰極效應，陽極接在爐殼上并接地；