一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性塗層的製備方法
2023-05-10 23:34:51 2
專利名稱：一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性塗層的製備方法
技術領域：
本發明屬於材料科學與工程技術領域，涉及一種鎳鈦形狀記憶合金(NiTi) 表面氧化鈦生物活性塗層的製備方法，特別涉及一種用電弧離子鍍鈦與微弧氧 化相結合的複合塗層技術在NiTi表面製備含鈣和磷的微孔二氧化鈦塗層的方 法。
背景技術：
鎳鈦形狀記憶合金廣泛應用於人體硬組織植入材料，然而將其植入到人體 中存在著與骨結合強度低、生物活性差、癒合時間長等問題。對鎳鈦合金進行 表面改性,使其表面形成具有良好生物活性、較高界面結合強度的改性塗層，是 解決問題的有效途徑。鈣和磷是人體骨組織重要的無機成分，具有良好的生物 相容性及骨引導性，富含鈣(Ca)，磷(P)的二氧化鈦(Ti02)多孔塗層，可 有效地提高植入材料生物活性，有利於骨組織較快癒合。
微弧氧化方法(MAO)是一種金屬表面微孔氧化物塗層製備方法，該方法 可製備以基底金屬氧化物為主的多孔塗層並與基體形成高強度的冶金結合，但 由於鎳鈦形狀記憶合金中Ni和Ti的原子比例接近50。/。， Ni不是闊金屬，其氧 化膜性質不穩定，不能直接應用微弧氧化工藝製備塗層。目前國內外尚無直接用微弧氧化法在鎳鈦合金表面製備含鈣和磷成分的二氧化鈦微孔塗層的報導。
電弧離子鍍技術是離化率最高的離子鍍形式，具有沉積速度快，工作溫度 低，膜基結合力強，膜層均勻緻密等優點，已成為工業應用最為廣泛的薄膜制 備技術。
本發明採用電弧離子鍍與微弧氧化塗層製備技術相結合，首先採用電弧離
子鍍技術在NiTi表面製備一層緻密的Ti膜，然後再在此基礎上通過微弧氧化方 法在鎳鈦表面製備含鈣和磷的Ti02微孔塗層，以達到提高NiTi植入材料的生物 活性和與骨的結合力的目的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提高NiTi材料表面的生物相容性。通過電弧離 子鍍技術與微弧氧化技術相結合，提供一種在鎳鈦合金表面製備含鈣和磷、具 有較高界面結合強度的Ti02生物活性多孔塗層的方法。
本發明的技術構思是先應用電弧離子鍍技術在鎳鈦合金表面沉積一層緻密 的純鈦膜，以預先改變鎳鈦合金的表面性能，然後再應用微弧氧化技術處理表 面的鈦膜最終獲得生物活性多孔的氧化鈦塗層。
本發明的技術解決方案是先將鎳鈦合金放入電弧離子鍍設備中進行電弧離 子鍍鈦，然後取出工件再在微弧氧化的電解槽中進行微弧氧化處理。在電弧離 子鍍鈦的鍍膜階段，選擇純鈦作陰極靶材，弧電流為60 120A，負偏壓為脈衝 形式，幅值、頻率和佔空比分別為100 800V、 5 40kHz、 5% 60%，鍍膜時 間為5 60min;然後將鍍鈦後的鎳鈦合金取出並作為微弧氧化的陽極掛到電解液中，陰極為不鏽鋼電解液槽或懸掛在電解液內的不鏽鋼片，採用雙極性脈衝
電源，正向脈衝電壓為300 650V、負向脈衝電壓為0 100V、脈衝頻率為200 800Hz、佔空比為5 40%進行微弧氧化，工作液溫度為0 4(TC，處理時間0 10min，微弧氧化採用的電解液由4 40 g/L乙酸鈣((CH3COO)2Ca.H20)和 3.5 40g/L磷酸二氫鈉(NaH2P04'2H20)的水組成。
本發明的效果和益處是通過對鎳鈦合金進行電弧離子鍍鈦，然後再進行微 弧氧化處理，解決了NiTi合金不是閥金屬，難於直接通過微弧氧化處理製備生 物活性微孔塗層的問題，從而在NiTi合金表面製備出含鈣和磷的Ti02微孔塗層， 本發明方法製備的塗層可提高NiTi合金植入材料生物活性和塗層與基體的界面 結合強度。
具體實施例方式
以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施方式
。
將NiTi合金試樣清洗、烘乾後放入電弧離子鍍設備真空室中，將真空抽至 l(T2Pa，通氬氣到0.5Pa，啟鈦弧，弧流為60A，加負偏壓為800Vx20kHzx50% ， 進行濺射清洗5min，而後負偏壓降到300 V><20kHzx40% ，提高鈦弧流到80A 開始鍍膜，40min後停弧、停氣、斷電、爐冷30min後，放掉真空取出工件並將 鍍鈦後的合金作為陽極掛到電解液中，陰極為不鏽鋼電解液槽。採用雙極性脈 衝電源，正向脈衝電壓為400V、負向脈衝電壓為60V、脈衝頻率為500Hz、佔 空比為20%進行微弧氧化，工作液溫度為l(TC，處理時間3min，微弧氧化採用 的電解液為(CH3COO)2Ca'H20和NaH2P04'2H20的水溶液，濃度為20g/L(CH3COO)2Ca'H20、 15 g/LNaH2P04'2H20，其餘為水。
本實施方式可在鎳鈦合金表面形成含鈣和磷的生物活性Ti02多孔塗層，塗 層與鎳鈦合金劃痕法結合力大於70N，不易剝離、脫落，具有良好的生物相容 性。
權利要求
1.一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性塗層的製備方法，其特徵在於，先將鎳鈦合金放入電弧離子鍍設備中進行電弧離子鍍鈦，然後取出工件再在微弧氧化的電解槽中進行微弧氧化處理；在電弧離子鍍鈦階段，選擇純鈦作陰極靶材，弧電流為60～120A，負偏壓為脈衝形式，幅值、頻率和佔空比分別為100～800V、5～40kHz、5％～60％，鍍膜時間為5～60min；然後將鍍鈦後的鎳鈦合金取出並作為微弧氧化的陽極掛到電解液中，陰極為不鏽鋼電解液槽或懸掛在電解液內的不鏽鋼片，採用雙極性脈衝電源，正向脈衝電壓為300～650V、負向脈衝電壓為0～100V、脈衝頻率為200～800Hz、佔空比為5～40％，進行微弧氧化處理，工作液溫度為0～40℃，處理時間0～10min，微弧氧化採用的電解液由4～40g/L乙酸鈣、3.5～40g/L磷酸二氫鈉和水組成。
全文摘要
一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性塗層的製備方法，屬於材料科學與工程技術領域，涉及一種在鎳鈦合金表面用複合塗層技術製備含鈣和磷的微孔二氧化鈦塗層的方法。其特徵在於，先將鎳鈦合金電弧離子鍍鈦，再進行微弧氧化處理。在鍍膜階段，選擇純鈦作陰極靶材，弧電流為60～120A，負偏壓為脈衝形式；在微弧氧化階段，將鍍鈦後的鎳鈦合金作為陽極掛到電解液中，陰極為不鏽鋼電解液槽或懸掛在電解液內的不鏽鋼片，採用雙極性脈衝電源進行微弧氧化處理，採用的電解液由乙酸鈣、磷酸二氫鈉和水組成，在鎳鈦合金表面製備出含鈣和磷的TiO2微孔塗層，以此提高鎳鈦植入材料的生物活性和與骨的結合力。特別適合在人體硬組織植入材料領域中應用。
文檔編號C23C14/24GK101555597SQ200910011578
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者關少軒, 楊大智, 林國強, 葛振東, 紅 趙, 民 齊 申請人:大連理工大學