[发明专利]一种Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料表面沉积纳米复合抗菌涂层技术领域，具体涉及一种氮化钛铜(以下称Ti‑Cu‑N)纳米复合抗菌涂层及其制备方法。在基体表面依次是Ti膜形成的过渡层、TiN膜形成的中间层和Ti‑Cu‑N层，Ti‑Cu‑N纳米复合抗菌涂层的厚度为1～10微米。本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合抗菌涂层除具有较好的抗菌性能外，还具有硬度高、涂层韧性好及抗磨损等优点。

技术领域：

本发明属于金属材料表面沉积纳米复合抗菌涂层技术领域，具体涉及一种氮化钛铜(以下称Ti-Cu-N)纳米复合抗菌涂层及其制备方法。

背景技术：

金属材料作为医用生物材料用于人体已有数百年历史，在临床医学中发挥着重要作用。随着医用生物材料的不断发展，已有越来越多的医用生物材料被用于制造人工器官和器件，这些人工器官和器件成功地为患者减轻痛苦，延续患者的生命。而对金属材料表面进行镀膜，则可在不影响植入材料性能的基础上获得良好的生物医学功能。但是，如果植入材料的机械性能差，会引起植入材料性质的退变，导致植入失效；如果植入材料的抗菌性差，则会引起术后感染，导致手术失败。

在20世纪末提出了纳米复合涂层的概念，即由纳米晶-纳米晶或纳米晶-非晶形成的两相或两相以上的复合结构，该复合涂层得到了一定开发与应用，具有良好的硬度和耐磨性能，但大多应用在刀具、模具领域，而在抗菌领域很少应用。

因此发展一种既具有良好的抗菌性能，又具有较好的机械性能的纳米复合抗菌涂层不失为解决以上问题的一个重要办法。

发明内容

针对现有涂层材料体系的不足，本发明的目的是提供一种具有较好的抗菌性能、又具有高硬度与耐磨性的Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层，在基体表面依次是Ti膜形成的过渡层、TiN膜形成的中间层和Ti-Cu-N层，Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层的厚度为1～10微米。

所述的Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层，Ti膜形成的过渡层厚度为0.05～0.5微米，TiN膜形成的中间层厚度为0.5～2微米。

所述的Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层，Ti-Cu-N层中的Cu含量为0.5～20at.％。

所述的Ti-Cu-N纳米复合抗菌涂层的制备方法，具体步骤如下：

(1)镀过渡层：采用纯钛靶，当真空室内真空度达到1×10-3Pa～2×10-2Pa时，对真空室加热至200～500℃；向真空室通入氩气，气压控制在0.1～3Pa之间；基体加脉冲负偏压在-400～-1500V范围，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗10～60分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.1～2.0Pa，同时开启钛靶弧源，弧电流为60～150A，对样工件继续进行Ti+及Cu+轰击1～10分钟；调脉冲负偏压至-50V～-500V，沉积Ti膜即过渡层1～10分钟；

(2)镀TiN层：采用纯钛靶，停氩气，通氮气，设定气压为0.1～2Pa范围；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～10A；调节靶电流为60～150A，沉积时间为1～20分钟；

(3)镀Ti-Cu-N层：采用钛铜合金靶，设定氮气气压为0.1～2Pa范围；对基体施加脉冲负偏压-50V～-500V；开启轴向磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～10A；调节靶电流为60～150A，沉积时间为10～200分钟；

(4)沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭轴向磁场装置，继续抽真空，工件随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出工件。