[發(fā)明專利]一種抑制Co基生物材料Co離子釋放的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110891329.1
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113913713B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 蘇旭平;巫聰;陳軍修;王建華;劉亞;涂浩
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學
• 主分類號: C22F1/10
• 分類號: C22F1/10;C22F1/02;C23C8/16;C22C19/07;C23C8/02
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 李楠

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料的處理領(lǐng)域，涉及抑制Co基生物材料Co離子釋放的方法，通過預氧化的方法制備一層氧化膜，阻止Co離子的釋放。所述預氧化指在管式爐中通入濕氫氣氛控制氧壓，在低氧壓的條件下進行選擇性氧化在合金表面制備Cr₂O₃薄膜。本發(fā)明利用低氧壓下發(fā)生的選擇性氧化可以在Co基合金表面形成一層連續(xù)致密，且結(jié)合力優(yōu)于在空氣中形成的Cr₂O₃氧化膜。Cr₂O₃氧化膜具有優(yōu)異的耐蝕性、耐磨性及穩(wěn)定性，在人體中可以有效保護基體，防止Co元素溢出，減少合金元素對人體的影響。與粉堆控制氧壓相比氧壓更加精準，有利于制備出我們預想的氧化膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料的處理領(lǐng)域，涉及抑制Co基生物材料Co離子釋放的方法，具體的利用低氧壓下選擇性氧化在Co基合金表面生成具有耐蝕性的Cr₂O₃薄膜阻止Co離子釋放的方法。

背景技術(shù)

醫(yī)用鈷基合金一方面具有優(yōu)異的耐磨損性、抗熱疲勞性、楊氏模量不隨其強度變化而變化等優(yōu)良的力學性能，另一方面熱導率高，熱膨脹系數(shù)低，生物相容性好，在金屬髖關(guān)節(jié)植入材料中得到了普遍的應用，是目前使用最廣泛并且最具有代表性的生物醫(yī)用金屬材料。但是鈷基合金在應用中，容易發(fā)生點蝕，界面腐蝕，以致長期穩(wěn)定性差；Co離子的釋放，引起細胞與組織的壞死、皮膚過敏反應等。因此需要對其進行適當?shù)谋砻娓男?，提高其耐蝕性能，抑制Co離子的釋放。傳統(tǒng)的Co基醫(yī)用合金通過改變熱處理工藝和合金元素提高其耐蝕性能，對于Co基體僅能起到有限的短期保護，在長期的人體環(huán)境中容易發(fā)生孔蝕引發(fā)Co離子釋放。

Co基醫(yī)用合金通常加入大量Cr、Ni、Mo、W等元素以在合金表面形成氧化膜增加基體的耐蝕性能，但是，為了形成致密的Cr₂O₃氧化膜，必須加入大于20％Cr元素，使合金機械性能下降，提高材料成本。在低氧壓條件下，活潑合金元素向表面擴散，因此可以使用少量的合金元素得到致密選擇性氧化膜，提高合金的耐腐蝕性能，減少了合金元素添加量，使材料的設計更具有靈活性。但現(xiàn)有技術(shù)中的低氧壓控制方法存在控制精度欠佳的問題，容易影響氧化膜致密性、氣密性和純度，進而影響對Co基醫(yī)用合金的使用安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種抑制Co基生物材料Co離子釋放的方法。在低氧壓的條件下對Co基合金進行預氧化，在表面生成一層均勻致密的純Cr₂O₃薄膜，提高Co基合金的耐蝕性和抑制Co離子的釋放。

一種抑制Co基生物材料Co離子釋放的方法，包括如下步驟如下：

將經(jīng)前處理后的潔凈的Co基合金放入氧化鋁坩堝，然后整體放入水平管式電阻爐管式爐中，水平管式電阻爐先用高純氮氣(純度＞99.999％)沖刷至少30min，然后在氮氣氣氛保護下以4-6℃/min的加熱速率升溫，溫度為800℃-900℃；然后切換成氫氣持續(xù)通入水平管式電阻爐，氫氣進入水平管式電阻爐前先流經(jīng)恒溫水，進而使得進入水平管式電阻爐的氫氣中夾帶飽和蒸汽并控制氧壓Po₂＝10^-20-10^-16atm，保溫5-10h，然后在氮氣氣氛中隨爐降至室溫，即在Co基合金的外表形成連續(xù)致密的Cr₂O₃薄膜；Co基合金中含有Cr、Al和Si，且Cr的含量10-12wt.％，Al的含量為1-2.5wt％，Si的含量不超過3wt.％。

Al和Si在外氧化膜/基體處會形成Al和Si的復合氧化物,能夠有效抑制合金氧化反應組元的相向擴散，阻止基體的氧化。同時加入少量的Si元素可以有效改善合金物理與加工性能但不能超過3wt％。未加Al元素生成的氧化鉻膜易脫落也就是結(jié)合力差，添加Al元素過多會形成Al和Cr的混合氧化物，甚至全部為氧化鋁。