[發(fā)明專(zhuān)利]一種織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210227164.2
• 申請(qǐng)日: 2022-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114807836A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱春霞;楊曉楠;崔琴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)建筑大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C14/02
• 分類(lèi)號(hào): C23C14/02;C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 徐笑陽(yáng)

本發(fā)明提供一種織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層的制備方法，包括如下步驟：(1)鈦合金基體處理：對(duì)鈦合金表面進(jìn)行研磨拋光打磨處理；(2)表面微織構(gòu)加工：采用飛秒激光加工光源對(duì)鈦合金表面進(jìn)行形貌為圓形/橢圓形微凹坑陣列織構(gòu)加工；(3)表面處理：清洗加工后的鈦合金表面，并將鈦合金固定在反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)腔室中；(4)TaCN復(fù)合涂層制備：以碳化鉭為靶材，在氬氣和氮?dú)獾幕旌檄h(huán)境中，在鈦合金表面沉積TaCN薄膜。本發(fā)明利用真空磁控濺射設(shè)備在織構(gòu)化鈦合金人工關(guān)節(jié)的表面制備TaCN復(fù)合涂層，從而提高人工關(guān)節(jié)的減摩抗磨性能，及其在人體內(nèi)的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層制備領(lǐng)域，具體為一種織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)

隨著人口老齡化的趨勢(shì)逐漸加深，我國(guó)對(duì)于人工關(guān)節(jié)的需求也將不斷地增加。據(jù)相關(guān)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，僅僅就髖關(guān)節(jié)而言未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)的需求趨勢(shì)將以每年25％的速度持續(xù)增長(zhǎng)。大量臨床案例證明，當(dāng)關(guān)節(jié)由于疾病導(dǎo)致正常功能損失且無(wú)法自我恢復(fù)時(shí)，用關(guān)節(jié)假體對(duì)其進(jìn)行置換無(wú)疑是改善關(guān)節(jié)功能，提高患者生活質(zhì)量的唯一途徑。

摩擦磨損性能是決定人工髖關(guān)節(jié)假體壽命的最重要的性能之一，隨著人工關(guān)節(jié)需求量的增加，提高人工關(guān)節(jié)摩擦磨損性能從而提高其在人體內(nèi)的壽命也逐漸成為重要的發(fā)展方向，針對(duì)這一現(xiàn)狀，現(xiàn)對(duì)鈦合金表面進(jìn)行改性處理非常有意義。

本發(fā)明將表面織構(gòu)技術(shù)應(yīng)用于人工關(guān)節(jié)領(lǐng)域，并在織構(gòu)化鈦合金人工關(guān)節(jié)的表面制備TaCN復(fù)合涂層，以提高人工關(guān)節(jié)表面的摩擦學(xué)性能以及使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層的制備方法，在傳統(tǒng)的人工關(guān)節(jié)鈦合金材料的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行表面改性處理，利用真空磁控濺射設(shè)備在織構(gòu)化鈦合金人工關(guān)節(jié)的表面制備TaCN復(fù)合涂層，從而提高人工關(guān)節(jié)的減摩抗磨性能，及其在人體內(nèi)的使用壽命。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種織構(gòu)化人工關(guān)節(jié)復(fù)合涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)鈦合金基體處理：對(duì)鈦合金表面進(jìn)行研磨拋光打磨處理；

(2)表面微織構(gòu)加工：采用飛秒激光加工光源對(duì)鈦合金表面進(jìn)行形貌為圓形/橢圓形微凹坑陣列織構(gòu)加工；

(3)表面處理：清洗加工后的鈦合金表面，并將鈦合金固定在反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)腔室中；

(4)TaCN復(fù)合涂層制備：以碳化鉭為靶材，在氬氣和氮?dú)獾幕旌檄h(huán)境中，在鈦合金表面沉積TaCN薄膜。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中激光的輸出波長(zhǎng)為1035nm，脈沖寬度0～400fs。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中鈦合金表面微織構(gòu)加工所采用的參數(shù)為：輸出波長(zhǎng)1035nm，泵浦電流4.7A，脈沖頻率100kHz，掃描速度200mm/s，標(biāo)刻次數(shù)5～30次。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)反應(yīng)磁控濺射系統(tǒng)中靶材和鈦合金基體之間的距離為78毫米。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)具體清洗方法為，將加工好表面微織構(gòu)形貌的鈦片用丙酮、乙醇和去離子水依次超聲清洗15分鐘，保證鈦合金表面清潔無(wú)雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中織構(gòu)形貌為橢圓形凹坑時(shí)，橢圓長(zhǎng)軸2A＝140～160μm、短軸2B＝90～110μm，橢圓長(zhǎng)軸與鈦合金基體長(zhǎng)邊夾角θ＝0°～90°，凹坑深度為8～12μm，面覆率S_p為15～25％，形貌截面為類(lèi)階梯狀拋物線(xiàn)；

織構(gòu)形貌為圓形凹坑時(shí)，直徑為90～210μm，凹坑深度為8～12μm，面覆率S_p為15～25％，形貌截面為類(lèi)階梯狀拋物線(xiàn)。

進(jìn)一步地，所述步驟(4)中TaCN薄膜厚度為4～6μm。