[發明專利]一種表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010835687.6
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112063878B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 夏木建;周廣宏;劉磊;劉愛輝;李年蓮;林岳賓;丁紅燕
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C1/10;C22C14/00;C22C32/00;A61L31/08;A61L31/12;A61L31/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金及其制備方法，該減磨醫用鈦合金表面具有微米級孔隙，微米級孔隙內部分布有納米多孔結構，納米多孔結構內附著有納米Si₃N₄/TiN復相陶瓷；該制備方法包括以下步驟：(1)將納米硅粉與醫用鈦合金粉末混合均勻；(2)將復合材料粉末采用真空感應熔煉工藝，制造醫用鈦基復合材料；(3)利用飛秒激光熱源在醫用鈦基復合材料表面進行掃略加工。該鈦基復合材料孔隙內附著的納米Si₃N₄與TiN復相陶瓷，能夠增強孔壁的支撐強度，Si₃N₄陶瓷具有自潤滑功能，有助于耐磨性的提升，醫用鈦合金植入體與周圍組織的嵌骨結合強度更高；鈦基復合材料上的孔隙能夠作為關節液的存儲器，提高醫用鈦合金的耐磨性。

技術領域

本發明涉及一種減磨醫用鈦合金及其制備方法，更具體地，涉及一種表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金及其制備方法。

背景技術

人工植入體長期與活體組織接觸，在生物條件下須具有良好的穩定性，且不能對人體的組織、血液、免疫等系統產生不良影響。生物醫用金屬材料因具有較高的機械強度、韌性及抗疲勞性能是承載植入體的首選材料。鈦及其合金與人體骨相近的彈性模量、優良的抗腐蝕性能及良好的生物相容性在臨床上得到越來越廣泛的應用。作為承載植入體而言，必然涉及應力作用下植入體與人骨間的腐蝕摩擦與磨損行為，而鈦合金的一個缺點是耐磨性不足，導致鈦合金植入體在人體生理環境中服役時因磨損而產生的磨屑極易引發細菌感染，甚至引發二次手術，給患者帶來更嚴重的痛苦和經濟負擔。通過物理或化學氣相沉積、溶膠凝膠、電化學沉積等表面改性方法，在醫用鈦合金沉積不同種類的陶瓷涂層一定程度上能有效提升其耐磨性。但鈦合金植入體在人體服役過程中必然承載自然骨傳遞的壓應力和腐蝕摩擦作用，對鈦合金表面陶瓷涂層的膜/基結合強度提出了較高的要求，而陶瓷涂層與鈦合金間物性差異大，造成膜/基界面應力大，給界面結合強度的提升帶來較大難度，最終表現為涂層的過早失效。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種耐磨性能好、陶瓷相與基體結合界面強度高、使用過程中不產生磨屑的表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金，本發明的另一目的是提供該減磨醫用鈦合金的制備方法。

技術方案：本發明所述的表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金，表面具有微米級孔隙，微米級孔隙內部分布有納米多孔結構，納米多孔結構內附著有納米Si₃N₄/TiN復相陶瓷。

其中，微米級孔隙尺寸為10～80μm，醫用鈦合金為TiNi合金。

本發明所述的表面具有微納結構的減磨醫用鈦合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米硅粉與醫用鈦合金粉末采用高能球磨工藝混合，獲得混合均勻的復合材料粉末；

(2)將復合材料粉末采用真空感應熔煉工藝，制造醫用鈦基復合材料；

(3)利用飛秒激光熱源在醫用鈦基復合材料表面進行掃略加工，形成負載有原位納米Si₃N₄/TiN復相陶瓷的減磨醫用鈦合金。

其中，步驟1中混合納米硅粉與醫用鈦合金粉末時在在氬氣保護氣氛下進行，納米硅粉粒徑20～100nm、醫用鈦合金粉末粒徑15～62μm、納米硅粉占總粉末的質量比為0.1～1.5wt.％，醫用鈦合金粉末為TiNi合金；步驟2中真空感應熔煉工藝溫度為1350～1450℃；步驟3中飛秒激光脈沖能量為50～90μJ，在氮氣與氬氣的流量比為1～5:100的混合氣氛環境下對醫用鈦基復合材料進行飛秒激光掃略加工。