[发明专利]镍钛合金表面羟基磷灰石/二氧化钛复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程技术领域，涉及一种镍钛合金表面生物活性涂 层的制备方法，特别涉及一种通过热处理与微弧氧化相结合的方法在镍钛合金 表面制备羟基磷灰石/二氧化钛复合涂层的方法。

背景技术

镍钛形状记忆合金(NiTi)由于具有形状记忆效应和超弹性而广泛应用于人 体硬组织植入物，但是镍钛合金骨植入材料没有生物活性，不能与人体骨形成 骨性结合，易导致植入物功能丧失，使植入失败。羟基磷灰石(HA)是人体骨 组织主要的无机成分，具有良好的生物相容性及骨引导性，在镍钛合金表面制 备含HA的涂层对于改善其植入物骨形成能力具有较大作用。但是HA的脆性大、 韧性低、强度差，且与钛合金的热膨胀系数差值大，因此金属表面的纯HA成 分的涂层在体内强度低，涂层结合力弱，易于脱落。本发明为了克服单纯羟基 磷灰石涂层的缺陷，在钛合金表面制备含HA和二氧化钛的微孔复合涂层，将 羟基磷灰石的生物活性作用、微孔结构促进骨细胞黏附和生物代谢物的吸收作 用、二氧化钛提高涂层与镍钛合金的界面结合力作用溶于一体，在镍钛合金表 面制备出羟基磷灰石/二氧化钛微孔复合涂层。

微弧氧化方法(MAO)是一种金属表面微孔氧化物涂层制备方法，该方法 可制备以基底金属氧化物为主的多孔涂层并与基体形成高强度的冶金结合，但 由于镍钛合金中Ni和Ti的原子比例接近50％，Ni不是阀金属，其氧化膜性质 不稳定，不能在NiTi合金表面直接应用微弧氧化工艺制备涂层。目前国内外尚 无用微弧氧化法在镍钛合金表面制备羟基磷灰石/二氧化钛微孔涂层的报道，本 发明通过对镍钛合金预先进行热处理，然后再采用微弧氧化法在镍钛合金上成 功制备出羟基磷灰石/二氧化钛微孔复合涂层。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提高镍钛合金表面的生物活性，改善其植入物 与人体组织的生物相容性。提供一种在镍钛合金表面结合热处理与微弧氧化技 术制备羟基磷灰石/二氧化钛微孔复合涂层的方法。

本发明技术方案是将镍钛合金清洗后在电炉中热处理，加热温度为400～ 650℃，保温时间0.5～2h，随炉冷却，然后将经过热处理后的镍钛合金作为阳 极挂到电解液中，阴极为不锈钢电解液槽或悬挂在电解液内的不锈钢片，采用 双极性脉冲电源，正向脉冲电压为300～650V、负向脉冲电压为0～100V、脉 冲频率为200～800Hz、占空比为8％～30％进行微弧氧化，工作液温度为0～ 40℃，处理时间0～10min，微弧氧化采用的电解液为(CH₃COO)₂Ca·H₂O和 NaH₂PO₄·2H₂O的水溶液，成分配比为Ca 0.025-0.2mol/L，含P 0.025-0.2mol/L。

本发明的效果和益处是通过对镍钛合金进行预氧化热处理形成一层致密的 氧化钛涂层，然后再进行微弧氧化，解决了镍钛合金不是阀金属，难于直接进 行微弧氧化处理的问题，在镍钛合金表面制备出羟基磷灰石/二氧化钛微孔复合 涂层，本发明方法制备的涂层可有效改善涂层的生物活性，并提高涂层的强度 及涂层与基体的界面结合强度。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：

将镍钛合金工件放到电炉中进行热处理，热处理温度在400℃，保温时间 2h，随炉冷却，然后将热处理后的镍钛合金作为阳极挂到电解液中，阴极为不 锈钢电解液槽，采用双极性脉冲电源，正向脉冲电压为550V、负向脉冲电压为 50V、脉冲频率为500Hz、占空比为20％进行微弧氧化，工作液温度为10℃， 处理时间1min，微弧氧化采用的电解液成分为(CH₃COO)₂Ca·H₂O和 NaH₂PO₄·2H₂O的水溶液，成分配比为Ca 0.1mol/L，P 0.1mol/L。

本实施方式可在镍钛合金表面形成含Ca、P的二氧化钛微孔涂层，涂层与 镍钛合金结合强度大于30MPa，不易剥离、脱落，具有良好的生物活性。

实施例2：