一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法
2023-05-27 07:38:26
專利名稱：一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法
技術領域：
本發明涉及鈦表面改性領域，特別是一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法。
背景技術：
浸潤性是生物材料的一個重要特徵，可用親水性和疏水性進行區分，是表徵材料表面自由能的重要參數。隨材料表面潤溼性的變化，材料的表面性能發生改變。具有疏水性的塗層，可抑制部件在溼潤環境下的腐蝕，從而拓展材料的應用領域。目前對材料進行表面防腐蝕的方法主要包括塗覆法和改性法。例如，向材料表面塗覆金屬或可起到隔絕作用的保護膜以達到避免材料與腐蝕環境之間的接觸。然而因所引入物質多不具備生物活性而並不被生物材料表面改性所採用。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有方法所製備微弧氧化塗層在體液中浸泡較易被腐蝕，而導致塗層中生物活性失效的問題，而提供一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法。本發明的一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，是按以下步驟進行的一、鈦試樣表 面預處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光，再依次使用丙酮、質量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進行超聲清洗5min，然後在40°C烘箱內烘乾30min;二、配製微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配製微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的矽酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為(T20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預處理後的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負極，在電解液溫度為10°C 60°C，脈衝電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、佔空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化後的鈦試樣，採用去離子水衝洗3飛次，在40°C烘箱內烘乾30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物塗層。本發明包含以下有益效果本發明方法在不改變塗層結構的基礎上，通過向微弧氧化將生物活性和疏水性同時引入到鈦材部件表面，電解液添加乙酸銀，同時將生物活性和疏水性引入到塗層表面，方法簡單易行、無汙染、便於產業化生產，拓展醫用材料的應用範圍。微弧氧化方法是通過電解液與相應電參數的組合，依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，可在工件表面原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。通過調節電解液成分，可將生物活性和疏水性特徵同時引入到試樣表面。本發明得到的塗層進行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，測試結果如圖1所示，與普通親水性微弧氧化生物塗層(圖3)相比，在塗層表面有大量納米級顆粒狀物質存在，顯著提高了塗層的表面能，使其潤溼角顯著增大，約為110°。對塗層進行EDS能譜檢測，塗層中有磷P、矽S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。磷P、矽S1、鈣Ca是生物玻璃的主要成分，有利於材料生物活性的提高。模擬體液浸泡7天後，可在試樣表面觀察到磷灰石生成。
圖1為試驗I製備的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層SEM圖；圖2為試驗I製備的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層潤溼角圖；圖3為電解液中沒有添加乙酸銀溶液，採用試驗I的方法製備的鈦表面親水微弧氧化生物塗層SEM圖；圖4為電解液中沒有添加乙酸銀溶液，採用試驗I的方法製備的鈦表面親水微弧氧化生物塗層潤溼角圖。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式的一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法按照以下步驟進行一、鈦試樣表面預處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋
光，再依次使用丙酮、質 量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進行超聲清洗5min，然後在40°C烘箱內烘乾30min;二、配製微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配製微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的矽酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為O. r20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預處理後的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負極，在電解液溫度為10°c 60°C，脈衝電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、佔空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化後的鈦試樣，採用去離子水衝洗3飛次，在40°C烘箱內烘乾30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物塗層。本實施方式的方法在不改變塗層結構的基礎上，通過向微弧氧化將生物活性和疏水性同時引入到鈦材部件表面，電解液添加乙酸銀，同時將生物活性和疏水性引入到塗層表面，方法簡單易行、無汙染、便於產業化生產，拓展醫用材料的應用範圍。微弧氧化方法是通過電解液與相應電參數的組合，依靠弧光放電產生的瞬時高溫高壓作用，可在工件表面原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。通過調節電解液成分，可將生物活性和疏水性特徵同時引入到試樣表面。本實施方式得到的塗層進行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，測試結果如圖1所示，與普通親水性微弧氧化生物塗層(圖3)相比，在塗層表面有大量納米級顆粒狀物質存在，顯著提高了塗層的表面能，使其潤溼角顯著增大，約為110°。對塗層進行EDS能譜檢測，塗層中有磷P、矽S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。磷P、矽S1、鈣Ca是生物玻璃的主要成分，有利於材料生物活性的提高。模擬體液浸泡7天後，可在試樣表面觀察到磷灰石生成。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為l(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為5 10g/L的矽酸鈉溶液、濃度為5 10g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 15g/L的乙酸鈣溶液、濃度為l(T20g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為l(T20g/L的氫氧化鈉溶液。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是步步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為15 20g/L的乙酸銀溶液、濃度為7. lg/L的矽酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 60°C，脈衝電壓為250 350V、工作頻率為20(T800Hz、佔空比為4 16%的條件下,微弧氧化5 15min。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 40°C，脈衝電壓為30(T350V、工作頻率為40(T800Hz、佔空比為4 10%的條件下 ,微弧氧化5 10min。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為40°C，脈衝電壓為350V、工作頻率為600Hz、佔空比為8%的條件下，微弧氧化5min。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是所述的鈦試樣為TA2、TA3、TA4或T2448鈦合金。其它與具體實施方式
一至六之一相同。通過以下試驗驗證本發明的有益效果試驗I本試驗的一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法按照以下步驟進行一、鈦試樣表面預處理使用200#、600#、1000#、1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光，然後依次使用丙酮、質量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進行超聲清洗5min，然後在40°C烘箱內放置30min ；二、配製微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配製電解液，電解液由濃度為IOg/L的乙酸銀溶液、濃度為7. lg/L的矽酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液、濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液組成，得微弧氧化電解液；三、將步驟一預處理後的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負極，在電解液溫度為60°C，脈衝電壓為400V、工作頻率為800Hz、佔空比為10%的條件下，微弧氧化5min ；四、將步驟三電解後的鈦試樣，採用去離子水衝洗3飛次，在40°C烘箱內烘乾30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物塗層。對本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層進行EDS能譜檢測，SEM及溼潤角結果如圖1，2所示，圖3和圖4是採用本試驗的方法，但是步驟二的電解液中未加入乙酸銀溶液，其它步驟和參數與本試驗相同，製備得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的SEM及溼潤角結果圖，由圖1和圖3可知，圖1表面粗糙具有微納米顆粒結構，而圖3表面光滑，其潤溼角為別為108°和32° (圖2和4所示)。而且本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層中有磷P、矽S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層中銀含量為0. 8wt. %，滴液法採用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物塗層表面潤溼角約108°。試驗2本試驗與試驗I不同的是步驟二中所述的乙酸銀濃度為15g/L，其它步驟及參數與試驗I相同。本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層中銀含量為1. 2wt. %，滴液法採用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物塗層表面潤溼角約為110°。試驗3本試驗與試驗I不同的是步驟二中所述的乙酸銀濃度為20g/L，其它步驟及參數與試驗I相同。 本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層中銀含量為1. 5wt. %，滴液法採用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物塗層表面潤溼角約為120°。試驗4本試驗與試驗I不同的是步驟三中所述脈衝電壓為450V，其它步驟及參數與試驗I相同。本試驗得到的鈦表面疏水微弧氧化生物塗層中銀含量為1. 2wt. %，滴液法採用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物塗層表面潤溼角約為110°。
權利要求
1.一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法是按以下步驟進行的一、鈦試樣表面預處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光， 再依次使用丙酮、質量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進行超聲清洗5min，然後在 40°C烘箱內烘乾30min;二、配製微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配製微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的矽酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為 O. r20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預處理後的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負極，在電解液溫度為10°c 60°C，脈衝電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、佔空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化後的鈦試樣，採用去離子水衝洗3 5次，在40°C烘箱內烘乾 30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物塗層。
2.根據權利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為l(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為5 10g/L的矽酸鈉溶液、濃度為5 10gL的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 15g/L的乙酸鈣溶液、濃度為l(T20g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為l(T20g/L的氫氧化鈉溶液。
3.根據權利要求1或2所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為15 20g/L的乙酸銀溶液、 濃度為7. lg/L的矽酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液。
4.根據權利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 60°C，脈衝電壓為250 350V、工作頻率為20(Γ800Ηζ、 佔空比為4 16%的條件下,微弧氧化5 15min。
5.根據權利要求1或4所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 40°C，脈衝電壓為30(T350V、工作頻率為 40(Γ800Ηζ、佔空比為4 10%的條件下，微弧氧化5 lOmin。
6.根據權利要求5所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於步驟三中所述的在電解液溫度為40°C，脈衝電壓為350V、工作頻率為600Hz、佔空比為8%的條件下，微弧氧化5min。
7.根據權利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，其特徵在於所述的鈦試樣為TA2、TA3、TA4或鈦合金T2448。
全文摘要
一種鈦表面疏水微弧氧化生物塗層的製備方法，它涉及鈦表面改性領域，本發明要解決現有方法所製備微弧氧化塗層因潤溼角小，在體液中浸泡較易被腐蝕，而導致塗層中生物活性失效的問題。本發明的方法為一、鈦試樣表面打磨清洗處理；二、配製微弧氧化電解液；三、在電解液溫度為10℃~60℃，脈衝電壓為250~550V、工作頻率為200~1000Hz、佔空比為4~20%的條件下，微弧氧化5~15min；四、清洗、乾燥，即得。本發明工藝簡單、周期短、成本低，易規模化生成。本發明應用在醫用器械領域。
文檔編號C25D11/26GK103046103SQ201310034010
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月29日 優先權日2013年1月29日
發明者魏大慶, 周睿, 成夙, 周玉 申請人:哈爾濱工業大學