專利名稱：一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鎳鈦形狀記憶合金(NiTi) 表面氧化鈦生物活性涂層的制備方法，特別涉及一種用電弧離子鍍鈦與微弧氧 化相結(jié)合的復(fù)合涂層技術(shù)在NiTi表面制備含鈣和磷的微孔二氧化鈦涂層的方 法。
背景技術(shù)：
鎳鈦形狀記憶合金廣泛應(yīng)用于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(jié)合強(qiáng)度低、生物活性差、愈合時間長等問題。對鎳鈦合金進(jìn)行 表面改性,使其表面形成具有良好生物活性、較高界面結(jié)合強(qiáng)度的改性涂層，是 解決問題的有效途徑。鈣和磷是人體骨組織重要的無機(jī)成分，具有良好的生物 相容性及骨引導(dǎo)性，富含鈣(Ca)，磷(P)的二氧化鈦(Ti02)多孔涂層，可 有效地提高植入材料生物活性，有利于骨組織較快愈合。
微弧氧化方法(MAO)是一種金屬表面微孔氧化物涂層制備方法，該方法 可制備以基底金屬氧化物為主的多孔涂層并與基體形成高強(qiáng)度的冶金結(jié)合，但 由于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(zhì)不穩(wěn)定，不能直接應(yīng)用微弧氧化工藝制備涂層。目前國內(nèi)外尚無直接用微弧氧化法在鎳鈦合金表面制備含鈣和磷成分的二氧化鈦微孔涂層的報道。
電弧離子鍍技術(shù)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(jié)合力強(qiáng)，膜層均勻致密等優(yōu)點，已成為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的薄膜制 備技術(shù)。
本發(fā)明采用電弧離子鍍與微弧氧化涂層制備技術(shù)相結(jié)合，首先采用電弧離
子鍍技術(shù)在NiTi表面制備一層致密的Ti膜，然后再在此基礎(chǔ)上通過微弧氧化方 法在鎳鈦表面制備含鈣和磷的Ti02微孔涂層，以達(dá)到提高NiTi植入材料的生物 活性和與骨的結(jié)合力的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)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(shù)與微弧氧化技術(shù)相結(jié)合，提供一種在鎳鈦合金表面制備含鈣和磷、具 有較高界面結(jié)合強(qiáng)度的Ti02生物活性多孔涂層的方法。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是先應(yīng)用電弧離子鍍技術(shù)在鎳鈦合金表面沉積一層致密 的純鈦膜，以預(yù)先改變鎳鈦合金的表面性能，然后再應(yīng)用微弧氧化技術(shù)處理表 面的鈦膜最終獲得生物活性多孔的氧化鈦涂層。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是先將鎳鈦合金放入電弧離子鍍設(shè)備中進(jìn)行電弧離 子鍍鈦，然后取出工件再在微弧氧化的電解槽中進(jìn)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(fù)偏壓為脈沖 形式，幅值、頻率和占空比分別為100 800V、 5 40kHz、 5% 60%，鍍膜時 間為5 60min;然后將鍍鈦后的鎳鈦合金取出并作為微弧氧化的陽極掛到電解液中，陰極為不銹鋼電解液槽或懸掛在電解液內(nèi)的不銹鋼片，采用雙極性脈沖
電源，正向脈沖電壓為300 650V、負(fù)向脈沖電壓為0 100V、脈沖頻率為200 800Hz、占空比為5 40%進(jìn)行微弧氧化，工作液溫度為0 4(TC，處理時間0 10min，微弧氧化采用的電解液由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(fā)明的效果和益處是通過對鎳鈦合金進(jìn)行電弧離子鍍鈦，然后再進(jìn)行微 弧氧化處理，解決了NiTi合金不是閥金屬，難于直接通過微弧氧化處理制備生 物活性微孔涂層的問題，從而在NiTi合金表面制備出含鈣和磷的Ti02微孔涂層， 本發(fā)明方法制備的涂層可提高NiTi合金植入材料生物活性和涂層與基體的界面 結(jié)合強(qiáng)度。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
將NiTi合金試樣清洗、烘干后放入電弧離子鍍設(shè)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(fù)偏壓為800Vx20kHzx50% ， 進(jìn)行濺射清洗5min，而后負(fù)偏壓降到300 V><20kHzx40% ，提高鈦弧流到80A 開始鍍膜，40min后?；　⑼?、斷電、爐冷30min后，放掉真空取出工件并將 鍍鈦后的合金作為陽極掛到電解液中，陰極為不銹鋼電解液槽。采用雙極性脈 沖電源，正向脈沖電壓為400V、負(fù)向脈沖電壓為60V、脈沖頻率為500Hz、占 空比為20%進(jìn)行微弧氧化，工作液溫度為l(TC，處理時間3min，微弧氧化采用 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，其余為水。
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多孔涂層，涂 層與鎳鈦合金劃痕法結(jié)合力大于70N，不易剝離、脫落，具有良好的生物相容 性。
權(quán)利要求
1.一種鎳鈦合金表面氧化鈦生物活性涂層的制備方法，其特征在于，先將鎳鈦合金放入電弧離子鍍設(shè)備中進(jìn)行電弧離子鍍鈦，然后取出工件再在微弧氧化的電解槽中進(jìn)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(fù)偏壓為脈沖形式，幅值、頻率和占空比分別為100～800V、5～40kHz、5％～60％，鍍膜時間為5～60min；然后將鍍鈦后的鎳鈦合金取出并作為微弧氧化的陽極掛到電解液中，陰極為不銹鋼電解液槽或懸掛在電解液內(nèi)的不銹鋼片，采用雙極性脈沖電源，正向脈沖電壓為300～650V、負(fù)向脈沖電壓為0～100V、脈沖頻率為200～800Hz、占空比為5～40％，進(jìn)行微弧氧化處理，工作液溫度為0～40℃，處理時間0～10min，微弧氧化采用的電解液由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涂層的制備方法，屬于材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在鎳鈦合金表面用復(fù)合涂層技術(shù)制備含鈣和磷的微孔二氧化鈦涂層的方法。其特征在于，先將鎳鈦合金電弧離子鍍鈦，再進(jìn)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(fù)偏壓為脈沖形式；在微弧氧化階段，將鍍鈦后的鎳鈦合金作為陽極掛到電解液中，陰極為不銹鋼電解液槽或懸掛在電解液內(nèi)的不銹鋼片，采用雙極性脈沖電源進(jìn)行微弧氧化處理，采用的電解液由乙酸鈣、磷酸二氫鈉和水組成，在鎳鈦合金表面制備出含鈣和磷的TiO₂微孔涂層，以此提高鎳鈦植入材料的生物活性和與骨的結(jié)合力。特別適合在人體硬組織植入材料領(lǐng)域中應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者關(guān)少軒, 楊大智, 林國強(qiáng), 葛振東, 紅 趙, 民 齊 申請人:大連理工大學(xué)