[發明專利]一種鈦基體表面的抗菌耐磨涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201910050747.0
• 申請日: 2019-01-20
• 公開（公告）號: CN109706503B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 汪愛英;高羽;張棟;柯培玲;郭鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供一種鈦基體表面的抗菌耐磨涂層及制備方法。該涂層由鈦基體、位于鈦基體表面的微弧氧化層，以及位于微弧氧化層表面的(Ag:N)?DLC層組成。本發明采用結合微弧氧化技術和混合離子束磁控濺射沉積技術制得該涂層，有效實現了對鈦基體的防護性能與生物性能的協同改善，能夠大幅度延長鈦基植入材料在人體內的使用壽命，并減少并發癥的發生。

技術領域

本發明屬于表面處理技術領域，尤其涉及一種鈦基體表面的抗菌耐磨涂層及制備方法。

背景技術

鈦及其合金具有良好的生物相容性、高比強度、無毒性和優異的腐蝕性，可作為優良的硬組織植入材料，在生物醫學領域，如人工關節、骨釘和牙科植入物中得到廣泛應用。然而，這些材料植入人體后需要較長時間重建骨組織的結構和功能，在此期間，植入材料耐磨性能不足會導致磨屑的產生，并引發一系列的炎癥，使患者承受很大痛苦，甚至面臨二次手術的痛苦。因此，提高鈦及其合金的耐磨性能和抗菌性尤為重要。

目前，用于提高鈦及鈦合金耐磨性能的表面改性方法有很多，如熱噴涂、酸蝕和堿蝕、等離子噴涂，陽極氧化和微弧氧化(MAO)。其中，微弧氧化(Microarc oxidation，簡稱MAO)又稱等離子體電解氧化，是通過電解液與相應電參數的組合，在鋁、鎂、鈦等金屬及其合金表面依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。微弧氧化是一種簡單、有效、經濟的表面強化技術，可以在基材上直接生長陶瓷層，包括致密的內層和粗糙的多孔外層，與基材形成冶金結合；同時，微弧氧化的多孔結構可以保證涂層具有更好的生物相容性，促進成骨細胞的貼附增值，因此被廣泛研究。然而，微弧氧化涂層的外層粗糙多孔，在摩擦過程中表現為較高的摩擦系數，不利于涂層在人體內的耐磨損性。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明旨在提供一種鈦基體表面的抗菌耐磨涂層，其具有優異的摩擦磨損性能以及抗菌性能，可實現鈦基體表面防護性能和生物性能的協同改善。

本發明所采用的技術方案為：一種鈦基體表面的抗菌耐磨涂層，如圖1所示：由Ti基體1、位于Ti基體表面的微弧氧化層2，以及位于微弧氧化層表面的摻雜Ag元素與N元素的DLC層3組成，摻雜Ag元素與N元素的DLC層簡稱(Ag:N)-DLC層。

所述的微弧氧化層是指采用微弧氧化技術在Ti基體表面得到的陶瓷層。所述陶瓷層由靠近Ti基體的致密內層4與靠近(Ag:N)-DLC層的多孔外層5組成。

所述的(Ag:N)-DLC層是以非晶碳網絡結構為骨架，非晶碳為sp³雜化相和sp²雜化相，其中摻雜的Ag元素呈金屬顆粒，摻雜的N元素以N-C鍵或N＝C鍵結合的方式固溶于非晶碳網絡結構中。

所述的鈦基體材料包括純鈦及鈦合金。

作為優選，所述的(Ag:N)-DLC層中，摻雜的Ag元素占20at.％～40at.％。

作為優選，所述的(Ag:N)-DLC層中，摻雜的N元素占3at.％～10at.％。

作為優選，所述的微弧氧化層中，多孔外層中的孔徑范圍為200nm～2μm。

作為優選，所述的(Ag:N)-DLC層的厚度為300nm～1μm。

本發明還提供一種制備上述鈦基體表面的抗菌耐磨涂層的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用微弧氧化技術在清洗后的鈦基體表面制備微弧氧化層；

步驟2：將步驟1得到的表面是微弧氧化層的鈦基體置于真空鍍膜腔室，通入C₂H₂與N₂，Ag靶作為濺射靶，采用離子源復合磁控濺射的方法制備(Ag:N)-DLC涂層。

所述的步驟(1)中，鈦基體的清洗包括但不限于機械拋光、超聲清洗、酒精擦拭等中的一種或者幾種。