專利名稱：一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微弧氧化技術(shù)，具體涉及一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液。
背景技術(shù)：
微弧氧化技術(shù)是一種在有色金屬表面制備陶瓷膜層的新技術(shù)，由于微弧 氧化技術(shù)制備的涂層與基體形成的是冶金結(jié)合，所以結(jié)合強(qiáng)度較高。國(guó)內(nèi)外 不少學(xué)者采用微弧氧化方法在鎂、鋁、鈦及其合金表面制備陶瓷膜層。綜合 目前的研究工作發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)溶液是影響陶瓷膜層結(jié)構(gòu)和性能的重要因素， 研究者開(kāi)始采用硫酸、鹽酸和磷酸作為電解質(zhì)溶液來(lái)微弧氧化鈦金屬，在表 面制得內(nèi)層致密表層多孔的二氧化鈦膜層，但是膜層的生物活性較低。后來(lái) 研究者采用磷酸氫鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫鈣、磷酸和乙酸鈣來(lái)配制含鈣磷 的電解質(zhì)溶液，但是磷酸鈣鹽的溶解度都較小，容易造成電解質(zhì)溶液產(chǎn)生磷 酸鈣沉淀，為防止磷酸鈣沉淀需長(zhǎng)時(shí)間攪拌電解質(zhì)溶液，近來(lái)研究者發(fā)現(xiàn)乙 酸鈣在e-甘油磷酸鈉溶液中溶解度較大，配制時(shí)攪拌時(shí)間也較短，但是P-甘油磷酸鈉價(jià)格較昂貴。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本相對(duì)低、配制省 時(shí)且鈣磷含量高的用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液。 本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的。一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，它含有磷酸根離子和鈣離子，其 特征在于該鬼解質(zhì)溶液還含有檸檬酸根離子，其電解質(zhì)離子濃度范圍為磷酸根離子0.02 0. 12mol/L,鈣離子0.08 0.40mol/L ，檸檬酸根離子 0. 08 0. 40mol/L。為了更好地實(shí)施本發(fā)明，所述為電解質(zhì)溶液提供磷酸根離子的電解質(zhì)為 磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉或磷酸氫鈣；提供鈣離子的電解質(zhì)為乙酸鈣；提供檸 檬酸根離子的電解質(zhì)為檸檬酸、檸檬酸鈉或檸檬酸氨。所述為電解質(zhì)溶液提供磷酸根離子的電解質(zhì)的最佳選擇為磷酸二氫鈉； 提供鈣離子的電解質(zhì)的最佳選擇為乙酸鈣；提供檸檬酸根離子的電解質(zhì)的最 佳選擇為檸檬酸。所述電解質(zhì)溶液中各電解質(zhì)的優(yōu)選離子濃度范圍為磷酸根離子0. 02 0. 04mol/L，鈣離子0.10 0. 20mol/L ，擰檬酸根離子0. 10 0. 20mol/L。所述電解質(zhì)溶液中各電解質(zhì)的最佳離子濃度為磷酸根離子O. 02mol/L， 鈣離子0. 20mol/L ,檸檬酸根離子的濃度為0. 20mol/L。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)和顯著效果1、 本發(fā)明電解質(zhì)溶液中加入了檸檬酸，檸檬酸是人體中物質(zhì)代謝的重要 中間產(chǎn)物，在新鮮骨中的含量為1%，占體內(nèi)含量的70%以上，是骨骼的重 要組成部分，得到的電解質(zhì)溶液成本降低、配制省時(shí)且轉(zhuǎn)磷含量高，體現(xiàn)了 以下特點(diǎn)首先檸檬酸與電解質(zhì)溶液中的鈣離子形成螯合物，增加了鈣鹽在 電解質(zhì)溶液中的溶解度，同時(shí)阻止了磷酸鈣沉淀生成；二是將帶正電荷的轉(zhuǎn) 離子轉(zhuǎn)化為帶負(fù)電荷的螯合物離子，增加了陽(yáng)極鈦及其合金表面對(duì)鈣的吸附； 三是與不加檸檬酸配制的電解質(zhì)溶液相比，攪拌時(shí)間縮短且沒(méi)有沉淀生成， 達(dá)到了提高效率的目的。2、 本發(fā)明電解質(zhì)溶液中提供檸檬酸根離子的電解質(zhì)選用檸檬酸、檸檬酸 鈉或檸檬酸氨，與采用e -甘油磷酸鈉的電解質(zhì)溶液相比，有效地降低了成本。3、 本發(fā)明電解質(zhì)溶液鈣磷含量較高，用于鈦基微弧氧化后，所得材料生 物活性好。以實(shí)施例1為例，該材料能譜分析(EDX)顯示涂層中鈣、磷含量 與不加檸檬酸微弧氧化所得膜層相比有明顯的增加，分別由22.95%、 12.63% 增加到36.82%、 14.67%;用該電解質(zhì)溶液微弧氧化所得的膜層呈多孔結(jié)構(gòu)， 孔徑為1 5um，浸泡在模擬體液中可生成類骨磷灰石，顯示其良好生物活性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。實(shí)施例1用去離子水分別和磷酸二氫鈉、乙酸鈣、檸檬酸配制成含磷酸根離子和 鈣離子、檸檬酸根離子的電解質(zhì)溶液，使電解質(zhì)溶液中磷酸根離子的濃度為 0. 02mol/L，鈣離子的濃度為0. 08mol/L，擰檬酸根離子的濃度為0. 08mol/L。4配制電解質(zhì)溶液時(shí)攪拌5小時(shí)后即可得到澄清的電解質(zhì)溶液。將10X10Xlmm3鈦片依次用180#、 280#、 360#、 600#、 800#、 1000# 砂紙打磨拋光，然后依次用99.5%丙酮、99.7%無(wú)水乙醇、去離子水各超聲清 洗20min。以鈦片為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，采用直流脈沖電源，占空比為5%，頻率 為50HZ，進(jìn)行分段式微弧氧化;所述分段式微弧氧化包括預(yù)氧化和微弧氧化； 預(yù)氧化電壓為200V，預(yù)氧化時(shí)間為5min;微弧氧化電壓為500V，微弧氧化 時(shí)間為5min，保持電解質(zhì)溶液溫度為30 40°C。微弧氧化所得膜層能譜分析 (EDX)顯示，膜層中鈣、磷含量與不加檸檬酸的電解質(zhì)溶液微弧氧化所得膜 層相比有明顯的增加，分別由22.95%、 12. 63%增加到36. 82%、 14.67%;用該 電解質(zhì)溶液微弧氧化所得的膜層呈多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為1 5um,浸泡在模擬體 液中可生成類骨磷灰石，顯示其良好生物活性。 實(shí)施例2用去離子水分別和磷酸氫鈉、乙酸鈣、檸檬酸鈉配制成含磷酸根離子和 鈣離子、檸檬酸根離子的電解質(zhì)溶液，使電解質(zhì)溶液中磷酸根離子的濃度為 0. 06mol/L，鈣離子的濃度為0. 20mol/L，檸檬酸根離子的濃度為0. 20mol/L。 配制電解質(zhì)溶液時(shí)攪拌5小時(shí)以上即可得到澄清的電解質(zhì)溶液。將10X10Xlmm3鈦片依次用180#、 2麵、360#、 600#、 800#、 1000# 砂紙打磨拋光，然后依次用99.5%丙酮、99.7%無(wú)水乙醇、去離子水各超聲清 洗20min。以鈦片為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，采用直流脈沖電源，占空比為15%，頻 率為80HZ，進(jìn)行分段式微弧氧化；所述分段式微弧氧化包括預(yù)氧化和微弧氧 化；預(yù)氧化電壓為250V，預(yù)氧化時(shí)間為3min;微弧氧化電壓為450V，微弧 氧化時(shí)間為15min，保持電解質(zhì)溶液溫度為30 40°C。經(jīng)微弧氧化所得材料 進(jìn)行能譜分析(EDX)顯示涂層中鈣、磷含量與不加檸檬酸電解質(zhì)溶液微弧氧 化所得膜層相比有明顯的增加，分別由19. 04%、8. 93%增加到25. 51%、 10. 00%; 用該電解質(zhì)溶液微弧氧化所得的膜層呈多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為1 3um，浸泡在模 擬體液中可生成類骨磷灰石，顯示其良好生物活性。實(shí)施例3用去離子水分別和磷酸氫鈣、乙酸鈣、檸檬酸氨配制成含磷酸根離子和鈣離子、檸檬酸根離子的電解質(zhì)溶液，使電解質(zhì)溶液中磷酸根離子的濃度為0. 12mol/L，鈣離子的濃度為0.40mol/L，檸檬酸根離子的濃度為0. 40mol/L。 配制電解質(zhì)溶液時(shí)攪拌5小時(shí)以上即可得到澄清的電解質(zhì)溶液。將10X10Xlmm3鈦片依次用180#、 280#、 360#、 600#、 800#、 1000# 砂紙打磨拋光，然后依次用99.5%丙酮、99.7%無(wú)水乙醇、去離子水各超聲清 洗20min。以鈦片為陽(yáng)極，不銹鋼為陰極，采用直流脈沖電源，占空比為30%，頻 率為IOOHZ，進(jìn)行分段式微弧氧化；所述分段式微弧氧化包括預(yù)氧化和微弧 氧化；預(yù)氧化電壓為250V，預(yù)氧化時(shí)間為2min;微弧氧化電壓為350V,微 弧氧化時(shí)間為20min，保持電解質(zhì)溶液溫度為30 4(TC。經(jīng)微弧氧化所得材 料進(jìn)行能譜分析(EDX)顯示涂層中鈣、磷含量與不加檸檬酸電解質(zhì)溶液微弧 氧化所得膜層相比有明顯的增加，分別由14.31%、 8.59%增加到19.42%、 9.47%;用該電解質(zhì)溶液微弧氧化所得的膜層呈多孔結(jié)構(gòu)，孔徑為1 3um， 浸泡在模擬體液中可生成類骨磷灰石，顯示其良好生物活性。實(shí)施例410X10Xlim^鈦片材料及分段式微弧氧化條件均與實(shí)施例1相同，配制 電解質(zhì)溶液過(guò)程如下用去離子水分別和磷酸二氫鈉、乙酸鈣、檸檬酸配制 成含磷酸根離子和鈣離子、檸檬酸根離子的電解質(zhì)溶液，使電解質(zhì)溶液中磷 酸根離子的濃度為0.02mol/L，鈣離子的濃度為0.20mol/L，檸檬酸根離子的 濃度為0.20mol/L。配制電解質(zhì)溶液時(shí)攪拌5小時(shí)以上即可得到澄清的電解 質(zhì)溶液。經(jīng)微弧氧化所得材料進(jìn)行能譜分析(EDX)顯示涂層中鈣、磷含量與 不加檸檬酸電解質(zhì)溶液微弧氧化所得膜層相比有明顯的增加，分別由24.2線、 14.24%增加到38.82%、 18.78%;用該電解質(zhì)溶液微弧氧化所得的膜層呈多孔 結(jié)構(gòu)，孔徑為l 7um,浸泡在模擬體液中可生成類骨磷灰石，顯示其良好生 物活性。
權(quán)利要求
1、一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，它含有磷酸根離子和鈣離子，其特征在于該電解質(zhì)溶液還含有檸檬酸根離子，其電解質(zhì)離子濃度范圍為磷酸根離子0.02～0.12mol/L，鈣離子0.08～0.40mol/L，檸檬酸根離子0.08～0.40mol/L。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，其特征在 于所述為電解質(zhì)溶液提供磷酸根離子的電解質(zhì)為磷酸二氫鈉、磷酸氫鈉或 磷酸氫鈣；提供鈣離子的電解質(zhì)為乙酸鈣；提供擰檬酸根離子的電解質(zhì)為貯 檬酸、檸檬酸鈉或擰檬酸氨。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，其特征在 于所述為電解質(zhì)溶液提供磷酸根離子的電解質(zhì)為磷酸二氫鈉；提供轉(zhuǎn)離子 的電解質(zhì)為乙酸鈣；提供檸檬酸根離子的電解質(zhì)為擰檬酸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液， 其特征在于所述電解質(zhì)溶液中各電解質(zhì)的離子濃度范圍為磷酸根離子 0. 02 0. 04mol/L，鈣離子0.10 0. 20mol/L ，檸檬酸根離子0. 10 0. 20mol/L。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，其特征在 于所述電解質(zhì)溶液中各電解質(zhì)的離子濃度為磷酸根離子0.02moI/L，轉(zhuǎn) 離子0.20mol/L ，檸檬酸根離子的濃度為0. 20mol/L。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于鈦基微弧氧化的電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液中各電解質(zhì)的離子濃度范圍為磷酸根離子0.02～0.12mol/L，鈣離子0.08～0.40mol/L，檸檬酸根離子0.08～0.40mol/L。本發(fā)明電解質(zhì)溶液中采用檸檬酸，與采用β-甘油磷酸鈉相比有效地降低了成本。檸檬酸的加入與電解質(zhì)溶液中的鈣離子形成螯合物，增加了鈣鹽在電解質(zhì)溶液中的溶解度，阻止了磷酸鈣沉淀生成，同時(shí)增加了陽(yáng)極鈦及其合金表面對(duì)鈣的吸附，攪拌時(shí)間縮短。電解質(zhì)溶液鈣磷含量較高，用于鈦基微弧氧化后，所得材料生物活性好。
文檔編號(hào)C25D11/26GK101624719SQ200910139020
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者寧成云, 王迎軍, 程海梅, 鄭華德, 陳曉峰, 強(qiáng) 馬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué);廣州南楓生物科技有限公司