[发明专利]一种银掺杂的氧化铝陶瓷涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐磨和抗菌性能良好的银掺杂氧化铝涂层及其制备方法，具体涉及一种采用等离子体喷涂技术在金属或合金基材表面制备银掺杂的氧化铝陶瓷涂层。

背景技术

采用等离子喷涂方法制备的氧化铝涂层具有良好的耐磨性、化学稳定性和生物相容性，在食品机械、化工和医疗器械等领域得到了较广泛的应用。氧化铝涂层适用于食品和化工行业各式机械部件，被用作抗磨损和耐腐蚀涂层。氧化铝生物涂层人工关节可用于骨质疏松、股骨近端骨折或骨肿瘤病人的髋关节置换。

但是，不具抗微生物感染功能是氧化铝涂层主要不足之一。由微生物引起的食源性疾病大多数是由于食品加工设备与食物表面被有害细菌(如李斯特氏菌和大肠杆菌等)污染而造成的。如果能够赋予与食品接触的材料表面抗菌性能，那么可有效抑制病原微生物粘附和生长，避免食源性疾病的进一步传播。随着大量人工关节植入人体，其引发的植入体相关感染已经成为21世纪医学领域中最重要的问题之一。植入体相关感染不仅延长伤口愈合时间，严重时还可造成肢体伤残与功能障碍。为减小植入体相关感染发生的几率，有必要研制具有抗菌功能的生物涂层。

发明内容

本发明旨在克服现有陶瓷涂层在抗菌方面的缺陷，本发明提供了一种银掺杂的氧化铝陶瓷涂层及其制备方法。

本发明提供了一种银掺杂的氧化铝陶瓷涂层，所述氧化铝陶瓷涂层的组成包括氧化铝和银，其中，银的掺杂量为1-5wt％。

较佳地，所述涂层的厚度为10微米～400微米。

又，本发明还提供了一种上述氧化铝陶瓷涂层的制备方法，所述方法包括：

1)采用银粉、氧化铝粉体制备符合所述氧化铝陶瓷中银、氧化铝比例关系的银/氧化铝混合粉体；

2)采用等离子体喷涂技术，将步骤1)制备的银/氧化铝混合粉体，喷涂到基材上，得到所述银掺杂的氧化铝陶瓷涂层。

较佳地，步骤1)中，采用行星球磨机混合银粉、氧化铝粉体。

较佳地，步骤1)中，银粉和氧化铝粉体的总质量、与氧化锆研磨球的质量比为1：(1-3)；球磨的转速为300～500r/分钟，球磨时间为60～300分钟；球磨完毕之后粉体过筛并在100～120℃下烘干。

较佳地，步骤2)中，所述基材在进行喷涂之前经过预处理，其中，预处理为：先将基材表面进行喷砂处理(优选在0.2～0.5MPa压强下)或砂纸打磨后，然后将基材在无水乙醇溶液中超声1～2次，每次3～5分钟，再将基材在100～120℃干燥1～2小时。

较佳地，步骤2)中，等离子体喷涂技术的工艺参数为：等离子体气体Ar流量为35～50slpm；等离子体气体H₂流量为8～18slpm；粉末载气Ar流量为1.5～5slpm；喷涂距离为100～330mm；喷涂功率为30～55kW；喷涂时间为10～40分钟；送粉速率为8.0～30g·min^-1；所述的slpm是指标准升/分钟。

较佳地，步骤2)中，所述基材为金属或合金基材。

本发明的有益效果：

本发明的陶瓷涂层对大肠杆菌具有明显的抗菌效果，灭菌率达到99％以上；摩擦磨损实验证明，载银氧化铝陶瓷涂层的耐磨性明显优于纯相氧化铝涂层，银的加入降低了陶瓷涂层的摩擦系数和平均磨损速率。

附图说明

图1示出了本发明的一个实施方式中制备的粉体以及相应陶瓷涂层的XRD图谱，其中，a是本发明一个实施方式中制备的粉体的XRD图谱，b是本发明一个实施方式中制备的陶瓷涂层的XRD图谱；

图2示出了本发明的一个实施方式中制备的载银氧化铝陶瓷涂层、Ti-6Al-4V涂层以及纯氧化铝陶瓷涂层对大肠杆菌的抗菌效果图，其中，a是大肠杆菌与Ti-6Al-4V作用24小时后的可见菌落图；b是大肠杆菌与氧化铝陶瓷涂层作用24小时后的可见菌落图；c是大肠杆菌与载银氧化铝陶瓷涂层作用24小时后的可见菌落图；

图3a示出了Ti-6Al-4V对小鼠成骨细胞系MC3T3-E1的生长情况影响图；

图3b示出了氧化铝涂层对小鼠成骨细胞系MC3T3-E1的生长情况影响图；

图3c示出了本发明的一个实施方式中制备的载银氧化铝涂层对小鼠成骨细胞系MC3T3-E1的生长情况影响图；

图4示出了本发明一个实施方式中制备的陶瓷涂层与现有技术中的氧化铝陶瓷涂层分别在三种载荷20N、30N、40N下的稳态摩擦系数比较图；