一種超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微弧氧化法制備超親水性微弧氧化陶瓷膜，包括將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材后進行表面打磨處理至無明顯劃痕后進行除油、堿洗以及去離子水洗，自然烘干備用；將處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中用脈沖電源進行微弧氧化，電源參數(shù)設定為：電壓400~500V，占空比40%，頻率700Hz，正、負脈沖數(shù)均為1，氧化時間為5min。電解液配制為：乙酸鈣0.15mol/L，EDTA二鈉0.15mol/L，磷酸二氫鉀0.02mol/L~0.06mol/L，去離子水洗烘干后即得具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材。本發(fā)明提供的方法操作方便，工藝簡單，節(jié)能環(huán)保，設備要求低，制備周期短，成本低廉。
【專利說明】一種超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)用植入材料表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)發(fā)展、人口老齡化以及工業(yè)、交通、體育等導致的創(chuàng)傷增加，人們對生物醫(yī)用材料及其制品的需求越來越大。目前臨床上廣泛使用的骨折內(nèi)固定器材多由不銹鋼及鈦合金制造。由于鈦及鈦合金的重量輕、比強度高，同時重量輕，彈性模量小(約為其它醫(yī)用材料的一半)，與人體硬組織的彈性模量比較匹配，并且具有一定的生物相容性，在人體液環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性，其植入人體后，良好的力學性能，耐腐蝕性能強，組織反應小等特點，符合人體生物植入材料的要求，一直被人們用作骨骼植入和修復的主要材料之一。盡管鈦合金具有良好的生物相容性以及高的比強度使其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用優(yōu)勢非常顯著，但所存在的問題也限制了它的進一步發(fā)展。表現(xiàn)為工業(yè)用鈦為金屬生物惰性材料，對機體組織的愈合無明顯促進作用，愈合時間較長，鈦及其合金的耐磨損性能差，生成的磨屑游離于植入體附近，容易引起炎癥。于是為了對醫(yī)用鈦合金表面進行親水性處理，提高其生物相容性，以減少血小板黏附和血栓的形成，采用含有鈣磷元素的電解液來進行微弧氧化處理，使得鈦合金表面生成含有較多的磷、鈣元素的多孔性的膜層，形成親水性的羥基磷灰石和微孔結(jié)構(gòu)。TiO2表面易與-OH相吸，-OH為極性基團，易與水相吸，故增強了鈦合金表面的親水性。
[0003]通過調(diào)節(jié)微弧氧化電解液組成來控制多孔生物陶瓷的化學組成、物相組成和孔結(jié)構(gòu)，從而在鈦合金生物陶瓷涂層表面形成具有親水性的物質(zhì)和基團。且由于毛細吸附現(xiàn)象，水溶液在互相貫通的鈦合金生物陶瓷涂層內(nèi)的微米孔中快速鋪展開，從而實現(xiàn)超親水性的目的。
[0004]通過對鈦合金表面改 性的方法，不僅可賦予其良好的親水性及生物活性，使新骨直接沉積于鈦合金表面的多孔生物陶瓷膜層中促進骨生長，減少血栓的發(fā)生，且無纖維結(jié)締組織的中間隔層，同時還可以提高鈦合金植入體表面的穩(wěn)定性和耐磨性，從而使之更好的服務于醫(yī)學領(lǐng)域。為此，研制開發(fā)一種超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的制備方法，以改善鈦合金表面陶瓷膜層生物相容性不良的問題。
[0006]本發(fā)明的目的這樣實現(xiàn)的，包括如下步驟:
A、預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔，然后進行表面打磨處理至試樣表面無明顯劃痕，再進行除油、堿洗及去離子水洗，自然烘干備用；
B、微弧氧化:將A步驟預處理制備的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，使用脈沖電源進行微弧氧化；
C、將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后烘干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材。
[0007]本發(fā)明的微弧氧化膜層與鈦合金基體表面形成冶金結(jié)合，表面接觸角變小，具有一定的生物相容性，符合人體植入材料的要求，是骨骼植入和修復的主要材料之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā) 明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基于本發(fā)明教導所作的任何變換，均落入本發(fā)明保護范圍。
[0010]超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，包括如下步驟:
A、預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔，然后進行表面打磨處理至試樣表面無明顯劃痕，再進行除油、堿洗及去離子水洗，自然烘干備用；
B、微弧氧化:將A步驟預處理制備的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，使用脈沖電源進行微弧氧化；
C、將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后烘干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材。
[0011]所述A步驟的除油劑為無水乙醇。
[0012]所述A步驟的堿洗液為lg/L氫氧化鈉溶液。
[0013]所述B步驟的電解液組成為:含鈣電解質(zhì)0.10 mol/L~0.20mol/L，含磷電解質(zhì)
0.10 mol/L ~0.20mol/L，絡合劑 0.02mol/L~0.06mol/L。
[0014]所述B步驟的電解液其中含鈣電解質(zhì)為醋酸鈣、碳酸鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣或甘油磷酸鈣之一種或幾種；含磷電解質(zhì)為磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽之一種或幾種；絡合劑選用EDTA、EDTA2Na或者檸檬酸之一種或幾種。
[0015]所述B步驟的電源為脈沖電源，電壓20(T400V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為I，負脈沖數(shù)為I。
[0016]所述B步驟的氧化的時間為5min，溫度為室溫。
[0017]實施例1
A、鈦合金樣品的預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔；對鈦合金進行表面打磨處理，直至試樣表面無明顯劃痕，然后再用乙醇除油、lg/L氫氧化鈉溶液堿洗以及去離子水洗，自然烘干，鈦合金表面接觸角為30° ;
B、微弧氧化:將經(jīng)過前述處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，進行微弧氧化；所用電源為脈沖電源，電源參數(shù)設定為:電壓400V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I，氧化時間為5min。電解液配制為:乙酸鈣0.15 mol/L ,EDTA 二鈉0.15mol/L，磷酸二氫鉀 0.02 mol/L ；
C、后處理:將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后吹干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材，表面接觸角為0.2°。[0018]實施例2
A、鈦合金樣品的預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔；對鈦合金進行表面打磨處理，直至試樣表面無明顯劃痕，然后再用乙醇除油、lg/L氫氧化鈉溶液堿洗以及去離子水洗，自然烘干，鈦合金表面接觸角為30° ;
B、微弧氧化:將經(jīng)過前述處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，進行微弧氧化；所用電源為脈沖電源，電源參數(shù)設定為:電壓400V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I，氧化時間為5min。電解液配制為:乙酸鈣0.15 mol/L ,EDTA 二鈉0.15mol/L，憐酸二氧鐘 0.025mol/L ；
C、后處理:將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后吹干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材，表面接觸角為0.1°。
[0019]實施例3
A、鈦合金樣品的預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔；對鈦合金進行表面打磨處理，直至試樣表面無明顯劃痕，然后再用乙醇除油、lg/L氫氧化鈉溶液堿洗以及去離子水洗，自然烘干，鈦合金表面接觸角為30° ;
B、微弧氧化:將經(jīng)過前述處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，進行微弧氧化；所用電源為脈沖電源，電源參數(shù)設定為:電壓450V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I，氧化時間為5min。電解液配制為:乙酸鈣0.15 mol/L ,EDTA 二鈉0.15mol/L，磷酸二氫鉀 0.03 mol/L ； C、后處理:將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后吹干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材，表面接觸角為0.1°。
[0020]實施例4
A、鈦合金樣品的預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔；對鈦合金進行表面打磨處理，直至試樣表面無明顯劃痕，然后再用乙醇除油、lg/L氫氧化鈉溶液堿洗以及去離子水洗，自然烘干，鈦合金表面接觸角為30° ;
B、微弧氧化:將經(jīng)過前述處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，進行微弧氧化；所用電源為脈沖電源，電源參數(shù)設定為:電壓450V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I，氧化時間為5min。電解液配制為:乙酸鈣0.15 mol/L ,EDTA 二鈉0.15mol/L，磷酸二氫鉀 0.04 mol/L ；
C、后處理:將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后吹干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材，表面接觸角為0.1°。
[0021]實施例5
A、鈦合金樣品的預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔；對鈦合金進行表面打磨處理，直至試樣表面無明顯劃痕，然后再用乙醇除油、lg/L氫氧化鈉溶液堿洗以及去離子水洗，自然烘干，鈦合金表面接觸角為30° ;
B、微弧氧化:將經(jīng)過前述處理后的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，進行微弧氧化；所用電源為脈沖電源，電源參數(shù)設定為:電壓450V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I，氧化時間為5min。電解液配制為:乙酸鈣0.15 mol/L ,EDTA 二鈉0.15mol/L，磷酸二氫鉀 0.06 mol/L ；
C、后處理:將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后吹干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材， 表面接觸角為0.1°。
【權(quán)利要求】
1.一種超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟: A、預處理:將鈦合金Ti6Al4V切割成圓柱形鈦材，在試樣的上方打孔，然后進行表面打磨處理至試樣表面無明顯劃痕，再進行除油、堿洗及去離子水洗，自然烘干備用； B、微弧氧化:將A步驟預處理制備的圓柱形鈦材懸掛于電解液中，使用脈沖電源進行微弧氧化； C、將微弧氧化處理后的試樣用去離子水清洗后烘干得到具有超親水性微弧氧化陶瓷膜的鈦材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述A步驟的除油劑為無水乙醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述A步驟的堿洗液為lg/L氫氧化鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述B步驟的電解液組成為:含鈣電解質(zhì)0.10 mol/L~0.20mol/L,含磷電解質(zhì)0.10 mol/L~0.20mol/L，絡合劑 0.02mol/L~0.06mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述B步驟的電解液其中含鈣電解質(zhì)為醋酸鈣、碳酸鈣、磷酸二氫鈣、氫氧化鈣或甘油磷酸鈣之一種或幾種；含磷電解質(zhì)為磷酸鹽、磷酸氫鹽、磷酸二氫鹽之一種或幾種；絡合劑選用EDTA, EDTA2Na或者檸檬酸 之一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述B步驟的電源為脈沖電源，電壓20(T400V，占空比為40%，頻率為700Hz，正脈沖數(shù)為1，負脈沖數(shù)為I。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超親水性鈦合金微弧氧化陶瓷膜的制備方法，其特征在于所述B步驟的氧化的時間為5min,溫度為室溫。
【文檔編號】C25D11/26GK103695986SQ201310725524
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】嚴繼康, 唐婉霞, 裴崇, 楊鋼, 吳云峰, 黃思仁, 倪爾鑫, 施哲, 方樹銘 申請人:昆明冶金研究院