[發明專利]一種鈦合金表面改性方法及改性后的鈦合金

有效

• 申請號: 201811523960.0
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109468605B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 黃潤;劉蕾;秦亮;黃雷;黃明策
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王亞洲

本發明公開一種鈦合金表面改性方法，基于鈦合金植入體內后與周圍組織的結合僅僅是簡單的機械鎖合，不能形成良好的化學鍵合，易松動脫落的問題而提出的，本發明包括以下步驟：(1)將Ti?Nb?Zr?Sn鈦合金固定在表面機械研磨處理機的處理腔中進行研磨處理，研磨處理的振動頻率為2000Hz；(2)將經表面處理后的Ti?Nb?Zr?Sn鈦合金放入離子注入機中進行處理，其以Co靶材為離子源，注入Co離子；本發明還提供由上述方法改性后的鈦合金，本發明的有益效果在于：經本發明改性后的Ti?Nb?Zr?Sn鈦合金能顯著促進干細胞向血管形成方向分化，可以制備出同時具有良好促骨及血管形成能力的鈦基種植體。

技術領域

本發明涉及材料表面改性技術領域，具體涉及一種鈦合金表面改性方法及改性后的鈦合金。

背景技術

金屬鈦由于具有較輕的密度，良好的生物相容性，化學穩定性及力學性能，成為對骨、關節以及牙等硬組織進行修復和替換的首選材料。然而，鈦基種植體均屬于生物惰性材料，植入體內后與周圍組織的結合僅僅是簡單的機械鎖合，不能形成良好的化學鍵合，往往被纖維組織包裹而與宿主組織隔離開來，從而引起骨整合不牢而導致種植失敗。此外，與正常骨組織相比，鈦基種植體植入人體后存在著周圍骨質血運情況較差的問題，增加了鈦種植體與骨組織結合的時間，引發術后種植體松動脫落。

表面機械研磨(SMAT)是一種新興的表面處理方法，該法通過強烈的塑性變形使金屬材料表面納米化，獲得表面為納米晶、而晶粒尺寸沿深度方向逐漸增大梯度結構的一種表面處理方法，其工作示意圖如圖1所示。在表面機械研磨處理過程中，表面光滑的鋼球(或者其它材料如玻璃球或陶瓷球)以不同方向作用于樣品表面，在樣品的表面附近形成應力場，使得處理樣品的表面晶粒尺寸不斷細化、直至納米尺度。

采用SMAT的方法對Ti-Nb-Zr-Sn鈦合金表面進行納米化，而后采用離子注入的方式對SMAT后的鈦合金表面進一步注入Co離子，考察最終樣品表面的促骨及血管形成能力。離子注入是將氣體或者元素的蒸汽通過電離形成離子，而后經高壓電場加速使離子高速擊入固體表面的物理過程。高速離子注入到金屬后，將與金屬表面的原子，電子等發生彈性或非彈性碰撞，逐步將離子的動能傳遞給反沖原子或電子，完成能量的傳遞和沉積，如圖2所示。離子注入改性方法具有以下幾個特點：I)離子注入是非熱平衡過程，原則上周期表上的任何元素都可以注入到任何基體材料表面，不受冶金學限制；II)注入元素種類、能量及劑量均可選擇，用該法制備的表面，不受經典熱力學參數和平衡相圖的限制，注入后的表面層往往處于亞穩狀態，得到如過飽和固溶體，非晶等一些難以用常規方法獲得的新相或化合物；III)離子注入層相對基體材料而言沒有明顯的界面，表面不存在破裂或剝落問題，亦不存在其它生物材料表面改性方法膜基結合不牢的問題；IV)離子注入過程極易控制且重復性好，注入元素的濃度，分布及深度均可通過工藝參數調控；V)離子注入時一般在常溫真空下進行，不會改變工件形狀，無氧化，能保持樣品表面原有的尺寸精度及表面粗糙度，特別適合高精密部件的最后工序。

發明內容

本發明所要解決的問題在于鈦合金植入體內后與周圍組織的結合僅僅是簡單的機械鎖合，不能形成良好的化學鍵合，易松動脫落。

本發明是采用以下技術方案解決上述技術問題的：

本發明提供一種鈦合金表面改性方法，包括以下步驟：

(1)將Ti-Nb-Zr-Sn鈦合金固定在表面機械研磨處理機的處理腔中進行研磨處理；

(2)將經表面處理后的Ti-Nb-Zr-Sn鈦合金放入離子注入機中進行處理，其以Co靶材為離子源，在真空條件下注入Co離子。

優選的，所述步驟(1)中研磨處理的振動頻率為1000-2000Hz。

優選的，所述步驟(1)中的Ti-Nb-Zr-Sn鈦合金為直徑60mm，厚度為3mm的圓板。