醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al₂O₃薄膜的方法

2023-06-12 19:05:46 1

專利名稱：醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種鎳鈦合金表面微弧氧化製備A1203薄膜的方法。
背景技術：
鎳鈦(NiTi)合金因其具有形狀記憶效應、超彈性等優異性能而廣泛應用於 牙科、骨科和心血管科等醫學各科臨床。由於醫用NiTi合金中Ni的含量高， Ni佔合金原子百分比的50.5%~51.5%，研究表明醫用鎳鈦合金植入人體後， 由於體液對植入體表面腐蝕造成Ni離子析出，由於Ni離子溶出，合金表面 被腐蝕產生疏鬆反應層，加劇了材料表面的磨損，而磨損產生的磨屑會嚴重 影響植入體的生物安全性。眾所周知，鎳是生物毒性元素，Ni離子有潛在的 致癌作用，因此NiTi合金在醫用領域應用和發展受到了質疑。
Al203具有優良的耐磨性、耐腐蝕性能、良好的生物相容性和高強度，常 用於承重髖和膝關節置換體及牙科植入體。因此表面有A1203薄膜的醫用鎳鈦 合金更為耐用、安全。由於醫用NiTi合金中鎳的原子百分比為50.5% 51.5%， 而Ni不是閥金屬，所以目前的微弧氧化方法不能在醫用NiTi合金表面微弧氧 化A1203薄膜。目前只能採用雷射熔覆技術在醫用NiTi合金製備A1203薄膜， 但是雷射熔覆技術對NiTi合金基體有熱影響，導致NiTi合金基體固有性能(如 形狀記憶效應，力學性能等)降低和惡化，而且該技術屬於線性技術，難以 在結構複雜的醫用NiTi合金表面製備A1203薄膜。

發明內容
本發明的目的是為了解決目前的微弧氧化方法不能在醫用NiTi合金表面 微弧氧化製備八1203薄膜及雷射熔覆技術對合金基體有熱影響導致NiTi合金 基體固有性能降低和惡化，而且難以在結構複雜的醫用NiTi合金表面製備
Al203薄膜的缺陷，而提供的一種醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al203薄膜
的方法。
醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al203薄膜按以下歩驟處理 一、醫用鎳
鈦合金表面預處理；二、將經過預處理的醫用鎳鈦合金放入工作液中，以NiTi 合金為正極、不鏽鋼工作槽為負極，並在工作液溫度為10 40°C、雙向脈衝電 源、正脈衝電壓為200~600V、負脈衝電壓為0~300V、正負脈衝工作頻率為 30~3000Hz的條件下處理5 90min;三、NiTi合金蒸餾水衝洗3 4次後乾燥， 即得到表面有A1203薄膜的醫用鎳鈦合金；其中步驟二中所述工作液是濃度為 4g~20g/L的鋁酸鈉溶液。
本發明在醫用NiTi合金表面微弧氧化製備Al203薄膜，方法操作簡單，
能耗低。經試驗檢測本發明表面有Al203薄膜的醫用鎳鈦合金的固有性能(如
XX、 XX)保持未變，其耐磨性、耐腐蝕性、生物相容性及強度大幅提高，在 人體內使用更為安全。


圖1是具體實施方式
十五製備出的表面有Al203薄膜的醫用鎳鈦合金的表 面Ab03薄膜X射線衍射圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備A1203薄膜 按以下步驟處理 一、醫用鎳鈦合金表面預處理；二、將經過預處理的醫用 鎳鈦合金放入工作液中，以NiTi合金為正極、不鏽鋼工作槽為負極，並在工 作液溫度為10 40°C、雙向脈衝電源、正脈衝電壓為200 600V、負脈衝電壓 為0~300V、正負脈衝工作頻率為30~3000Hz的條件下處理5 90min;三、NiTi 合金蒸餾水衝洗3 4次後乾燥，即得到表面有Ab03薄膜的醫用鎳鈦合金；其 中步驟二中所述工作液是濃度為4g 20g/L的鋁酸鈉溶液。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟一中醫
用鎳鈦合金表面預處理依次為去油、SiC砂紙打磨和超聲清洗。其它步驟及參
數與實施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟三中
NiTi合金蒸餾水衝洗後自然乾燥或在50 8(TC條件下烘乾。其它步驟及參數與 實施方式一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二每升
工作液中還包括1 10g氫氧化鉀、1 3g次亞磷酸鈉、1 10g磷酸鈉、1 5g矽
酸鈉、1 3g六偏磷酸鈉、1 2g硼酸、1 2g四硼酸鈉、1 3g碳酸鈉或1 3g碳 酸氫鈉。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中工
作液溫度為15 35°C。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中雙
向脈衝電源、正脈衝電壓為300 500V。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中負
脈衝電壓為10 280V。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中負
脈衝電壓為(K50V。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中
正負脈衝工作頻率為60 1000Hz。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中在
恆壓力條件下處理10 80min。其它步驟及參數與實施方式一相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點是歩驟二中
所述工作液每升中含有15g鋁酸鈉和4g氫氧化鉀。其它步驟及參數與實施方 式一相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中 所述工作液每升中含有llg鋁酸鈉和8g磷酸鈉。其它步驟及參數與實施方式 一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中 所述工作液每升中含有8g鋁酸鈉和3g六偏磷酸鈉。其它步驟及參數與實施 方式一相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是步驟二中 所述工作液每升中含有15g鋁酸鈉和lg四硼酸鈉。其它步驟及參數與實施方 式一相同。
具體實施方式
十五本實施方式醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備A1203薄 膜按以下步驟處理 一、醫用鎳鈦合金表面預處理依次為去油、SiC砂紙打磨 和超聲清洗；二、將經過預處理的醫用鎳鈦合金放入工作液中，以NiTi合金
為正極、不鏽鋼工作槽為負極，並在工作液溫度為25 3(TC、雙向脈衝電源、 正脈衝電壓為400V、負脈衝電壓為200V、正負脈衝工作頻率為2000Hz、恆 壓力的條件下處理30min;三、NiTi合金蒸餾水衝洗3~4次後自然乾燥，即 得到表面有八1203薄膜的醫用鎳鈦合金；其中步驟二中所述工作液每升中含有 10g鋁酸鈉和2g次亞磷酸鈉。
本實施方式製備出的表面有Al203薄膜的醫用鎳鈦合金其表面Ni離子含 量在3。/。以下。本實施方式製備出的表面有Al203薄膜的醫用鎳鈦合金與GCr15 鋼球對磨的摩擦係數為0.08，在0.9%NaCl的生理鹽水中的腐蝕電流密度為 1.0x10"°，陶瓷層與基體的拉伸結合強度〉30MPa。本實施方式製備出的表面 有A1203薄膜的醫用鎳鈦合金的表面A1203薄膜X射線衍射圖如圖1所示，其 中"□"峰為A1203， " X "峰為NiTi。
權利要求
1、醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜的方法，其特徵在於醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜按以下步驟處理一、醫用鎳鈦合金表面預處理；二、將經過預處理的醫用鎳鈦合金放入工作液中，以NiTi合金為正極、不鏽鋼工作槽為負極，並在工作液溫度為10～40℃、雙向脈衝電源、正脈衝電壓為200～600V、負脈衝電壓為0～300V、正負脈衝工作頻率為30～3000Hz的條件下處理5～90min；三、NiTi合金蒸餾水衝洗3～4次後乾燥，即得到表面有Al2O3薄膜的醫用鎳鈦合金；其中步驟二中所述工作液是濃度為4g～20g/L的鋁酸鈉溶液。
2、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備^203薄膜的 方法，其特徵在於步驟一中醫用鎳鈦合金表面預處理依次為去油、SiC砂紙打 磨和超聲清洗。
3、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al203薄膜的 方法，其特徵在於步驟三中NiTi合金蒸餾水衝洗後自然乾燥或在50 8(TC條 件下烘乾。
4、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備八1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二每升工作液中還包括1 10g氫氧化鉀、1 3g次亞磷 酸鈉、1 10g磷酸鈉、1 5g矽酸鈉、1 3g六偏磷酸鈉、1 2g硼酸、1 2g四 硼酸鈉、1 3g碳酸鈉或l 3g碳酸氫鈉。
5、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備八1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中工作液溫度為15 35°C。
6、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備八1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中雙向脈衝電源、正脈衝電壓為300 500V。
7、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備八1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中負脈衝電壓為10~280V。
8、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備八1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中負脈衝電壓為0 50V。
9、 根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中正負脈衝工作頻率為60 1000Hz。
10、根據權利要求1所述的醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備A1203薄膜的 方法，其特徵在於步驟二中在恆壓力條件下處理10~80min。
全文摘要
醫用鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜的方法，它涉及一種鎳鈦合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜的方法。它解決了目前的微弧氧化方法不能在醫用NiTi合金表面微弧氧化製備Al2O3薄膜及雷射熔覆等技術對合金基體有熱影響導致NiTi合金基體固有性能降低和惡化，而且難以在結構複雜的醫用NiTi合金表面製備Al2O3薄膜的缺陷。本方法為一、預處理；二、微弧氧化；三、衝洗、乾燥。本發明在醫用NiTi合金表面微弧氧化Al2O3薄膜，方法操作簡單，能耗低。經試驗檢測本發明表面有Al2O3薄膜的醫用鎳鈦合金的固有性能保持未變，其耐磨性、耐腐蝕性及生物相容性大幅提高，在人體內使用更為安全。
文檔編號C25D9/06GK101187047SQ20071007279
公開日2008年5月28日 申請日期2007年9月12日 優先權日2007年9月12日
發明者於德珍, 福 劉, 徐吉林, 王福平, 辛鐵柱 申請人:哈爾濱工業大學