[发明专利]一种多孔金属材料的电化学表面处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学表面处理方法及装置，特别涉及一种多孔金属材料的电化学表面处理方法及装置。

背景技术

多孔金属材料应用广泛，如医用钛及钛合金已被广泛用做人体硬组织替换材料。然而，当骨与关节系统中承载复杂应力条件时，需要承载人工骨具有与原骨更为相似的力学性能，并能与原骨形成牢固的生物固定。在这种情况下，多孔钛及其合金显现出超越其致密体的仿生优越性：通过改变合金的孔隙参数来调整材料的强度和弹性模量，可得到与被替换骨组织更匹配的力学性能；多孔合金的可压缩性和多孔结构有利于成骨细胞的粘附、分化和生长，从而加强植入体与宿主骨的固定。

虽然多孔钛及钛合金具有良好的生物相容性，已获得了临床应用，但作为骨植入物材料，其初期稳定性以及与体内周围组织形成良好的骨性愈合是多孔钛植入物的关键特性。因此，对多孔钛及钛合金进行表面改性处理，有利于组织细胞，植入物表面的附着生长，促进骨整合。目前用于对多孔金属表面处理的方法主要是电化学和化学方法。电化学和化学表面改性过程主要是在溶液中进行，而溶液能较容易的进入多孔金属内部。

目前多孔钛及其合金的电化学表面处理方法只是将多孔金属当做表面积放大了的致密金属。虽然电化学和化学表面改性过程主要是在溶液中进行，而溶液能较容易的进入多孔金属内部。但是，在电化学、化学处理过程中因多孔结构内部电流密度、溶液浓度等传输过程的阻力，导致有效过电位和反应物浓度的较大幅度下降，表现为多孔结构沿（电极）厚度方向仅有约10～30%可以获得有效处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更为有效的多孔金属材料的电化学表面处理方法及装置。

本发明所采取的技术方案是：

一种多孔金属材料的电化学表面处理方法，包括如下步骤：

1)      使用与待处理多孔金属材料同材质的致密金属材料作为工作电极，利用电化学工作站，在工作电解液中测定致密金属材料的稳态阴极极化曲线，确定电流-电势曲线的平台区，获取电沉积反应的极限扩散控制电化学处理条件；

2)      使用待处理多孔金属材料作为工作电极，使工作电解液在电解槽内做单向或循环流动，使用确定的极限扩散控制电化学处理条件对多孔金属材料进行电化学表面处理直至达到设定值。

作为本发明的进一步改进，上述方法中使用的多孔金属材料为具有规则通孔的多孔金属材料。

作为本发明的进一步改进，上述方法中使用的多孔金属材料的厚度为10～300mm。

作为本发明的进一步改进，上述方法中使用的多孔金属材料的材质为钛或钛合金。

作为本发明的进一步改进，上述方法中使用的工作电解液由含钙盐、磷酸盐和水组成，其Ca²⁺浓度为0.01～0.1mol/L，H₂PO₄^-浓度为0.005～0.05mol/L，pH为4.0～5.5。

作为本发明的进一步改进，上述方法中，工作电解液由下自上穿过多孔金属材料的连通结构。

一种多孔金属材料的电化学表面处理装置，包括电解槽，电解槽设有电极固定件，电解槽下方设有工作电解液入口，上方设有工作电解液出口，工作电解液入口与驱动工作液的泵相连，泵的进液端与工作电解液出口或工作电解液储罐相连。

作为本发明的进一步改进，上述装置中，工作电解液入口和泵之间设有流量调节阀。

作为本发明的进一步改进，上述装置中，工作电解液入口和泵之间设有流量计。

作为本发明的进一步改进，上述装置中，工作电解液出口与设有三通阀。

本发明的有益效果是：

本发明的电化学表面处理方法，可以更为有效地处理多孔金属材料的内部表面，使金属材料的多孔结构的外层表面和内层表面的处理效果更为均匀，从而获得更好的电沉积处理效果或电抛光效果。

本发明的电化学表面处理装置，可以更好地应用于多孔金属材料的电化学处理。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图； 

图2是不同条件下的致密金属钛稳态阴极极化曲线；

图3是不同条件下的多孔钛电极沿电极厚度方向电势分布曲线。

具体实施方式

下面结合附图，进一步说明本发明装置。