[發明專利]一種表面具有微孔結構的金屬及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210360096.7
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114606499B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 張洪旺;王鑫;張貞;閆俊良
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C23F4/00
• 分類號: C23F4/00;C22C1/08;B23P15/00;A61L31/14;A61L31/02;A61L27/56;A61L27/06;A61L27/04
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 馬歡歡

本發明屬于機械制造和醫療器件表面加工技術領域，具體公開了一種表面具有微孔結構的金屬及其制備方法與應用。本發明先對金屬順次進行打磨，拋光，然后進行超聲空化，超聲空化的條件為(超聲空化處理時間為1～240min，超聲設備振幅為1～100μm，超聲設備輸出功率5～200W，超聲頻率為15000～55000Hz)，得到表面具有微孔結構的金屬。本發明公開的方法成本低廉，操作簡單，對表面無污染，且能解決小微表面的微孔制備，在醫學生物及其他相關領域具有潛在的廣泛應用前景。

技術領域

本發明涉及機械制造和醫療器件表面加工技術領域，尤其涉及一種表面具有微孔結構的金屬及其制備方法與應用。

背景技術

許多金屬材料如鈦、鈦合金和不銹鋼等因具有優良的力學性能，比如高強度、高抗彎疲勞強度、與人體骨骼相近的彈性模量、良好的韌性以及優越的生物相容性，被廣泛用作醫用材料生物植入體，如牙釘、關節及各種永久固定件等。通常，醫用材料植入生物體后，生物組織會與材料表面發生直接作用(D.A.Puleo,A.Nanci,Biomaterials,1999,20:2311)，比如對鈦植入件臨床使用狀態的長期觀察發現，鈦合金植入活體后會引起相應的生物反應，從而在植入件周圍形成包裹，在顯微鏡下可以清楚觀察到活體骨組織與材料間的界面。研究表明，植入件表面具有適當大小的微孔結構可以改善活體細胞的附著、增生能力，有利于細胞的附著以及微血管結構的長入，從而形成緊密的界面結構。微孔表面制備是金屬材料的重要課題。

微孔表面的制備技術主要有機械法和化學法兩種。機械法中最常用的是表面噴丸技術和激光表織構技術，其中表面噴丸技術是采用直徑為幾十至幾百微米的高硬度丸料，通過噴砂機使丸料以較高的速度沖擊金屬表面形成粗糙表面。激光表織構技術利用高能密度的激光束掃描工件的表面，加工出具有整齊、均一形貌的特定結構，比如公開號為CN200810017825.9的中國申請發明專利公開了一種骨修復體粗糙表面的微孔處理方法，該方法先使用輸出功率為10～25W的激光雕刻機按常規激光刻蝕方法在骨修復體表面上刻蝕多個均勻且連續分布的微孔，橫截面積為1950～200000μm²，深度為5～500μm，再將經刻蝕的骨修復體放入用HF、HNO₃和H₂O或HNO₃、HF、H₂O₂和H₂O配制酸溶液里對粗糙微孔表面進行化銑，之后用水清洗，從而在植入件表面形成均勻連續粗糙微孔結構。化學法則主要包括微弧陽極氧化法和堿熱處理法。微弧陽極氧化法是采用電化學放電原理在待處理金屬表面形成微孔結構，而堿熱處理法是通過將待處理的植入件浸漬于高溫的堿性溶液中，使其表面產生堿腐蝕，產生微孔結構。公開號為CN200910112256.0的中國申請發明專利公開了一種提高金屬鈦生物性能的表面處理方法，該方法將鈦金屬基底表面預處理后，對鈦金屬基底在溫度為100～150℃的NaOH溶液中進行時長為2～6h的堿處理，即可在鈦金屬基底表面獲得納微米有序的鈦酸納膜層，再將所得的表面獲得納-微米有序的鈦酸納膜層的鈦金屬基底在450℃的溫度下煅燒2h，即可獲得具有特定結構的銳鈦礦型TiO₂膜層。

上述方法雖然均可在金屬表面制備出微孔結構，但卻存在諸多不足之處，比如噴丸法會對表面產生一定程度的污染，對小微復雜表面加工難度大；激光表面織構技術設備昂貴，成本較高，激光刻蝕后還需進行酸洗處理；堿熱處理法處理步驟繁雜，時間也更加漫長。

因此，如何提供一種表面具有微孔結構的金屬及其制備方法與應用，簡化金屬表面加工難度，降低污染，降低成本，縮短工藝時間是本領域亟待解決的難題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種表面具有微孔結構的金屬及其制備方法與應用，本發明簡化了工藝，降低了工藝的污染及成本，縮短了金屬的處理時間。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種表面具有微孔結構的金屬的制備方法，包括以下步驟：

1)將金屬順次進行打磨，拋光；