[发明专利]一种金属材料的表面除锈方法

说明书

本发明公开了一种金属材料的表面除锈方法，是不同于现有的化学除锈法的绿色技术方法。该方法基于大气压等离子体射流技术，采用常压等离子体对金属表面进行除锈处理，并通过调节放电过程的等离子体活性组分及方法中的参数条件，能够实现对除锈过程的有效控制。与传统金属材料表面除锈方法相比，本发明步骤简单、操作方便，短时高效，并可以处理复杂结构的材料表面，同时无需使用化学品，因而不会产生化学品残留，对环境和材料表面无污染。此外，该方法还实现了材料表面的常温常压干燥和灭菌，免除高温高压过程对材料的损害，显著降低能源的消耗，尤其在生物医用等领域的金属材料除锈方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于金属除锈领域，特别涉及一种兼具生物安全性和环境友好性的生物医用金属材料的表面除锈方法。

背景技术

生物医用金属材料以其优良的力学性能、易加工性和可靠性在临床医学中获得了广泛的应用，其重要性与生物医用高分子材料并驾齐驱，在整个生物医用材料应用中各占45％左右。由于金属材料在组成上与人体组织成分相距甚远，因此，金属材料很难与生物组织产生亲合，一般不具有生物活性，它们通常以其相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性，植入生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常组织隔绝。组织反应一般根据植入物周围所形成的包膜厚度及细胞浸润数来评价。美国材料试验学会的ASTM-F4的标准规定：金属材料埋植6个月后，纤维包膜厚度＜0.03mm为合格。

人体体液约合1％氯化钠及少量其他盐类和有机化合物，局部酸碱性经常略有变化，温度保持在37℃左右，这种环境对金属材料会产生腐蚀，其腐蚀产物可能是离子、氧化物、氯化物等，它们与邻近的组织接触，甚至渗人正常组织或整个生物系统中，对正常组织产生影响和刺激、以引起包括组织非正常生长、畸变、过敏或炎症、感染等不良生物反应，甚至诱发癌变。腐蚀作用同时会使材料的力学性能产生衰减，这两种过程通常单独或协同造成材料的失效。

作为一种广泛应用的金属材料，不锈钢广泛应用于建筑、交通、化工、食品、医药、能源、航空等工业领域。相比于其他应用，生物医用不锈钢材料更容易受到酸、碱、盐、有机物以及微生物等复杂环境影响，从而产生腐蚀或生锈，并携带大量的致病细菌，存在交叉感染的潜在危险。为了去除不锈钢材料表面的锈迹，消灭材料表面的致病细菌，降低疾病的传播几率，对有锈渍的不锈钢材料进行除锈是非常必要的。传统的化学除锈法通常使用强酸，使其与金属氧化物发生化学反应，生成可溶性盐类，从而达到除锈的目的。但在处理过程中，酸会与基础金属反应生成氢气，导致钢材产生氢脆现象，影响其本身的力学性能。同时，酸的使用也会影响操作人员的健康，并腐蚀周围的设备和环境。因此，以酸为基础，添加缓蚀剂、渗透剂、促进剂等的除锈剂应运而生。

CN 103789775A公开了一种医疗器械除锈剂，其包含了无机酸、有机酸、表面活性剂、香料、溶剂等，该除锈剂是一种无色透明的温和弱酸性液体，不会刺激人体呼吸系统。中国专利CN 106191878公开了一种医疗器械除锈剂及其制备方法，包括有机酸、表面活性剂、缓蚀剂、溶剂、杀菌剂、香精等，降低对器械设备的腐蚀。考虑到金属材料的特殊性，部分除锈剂会与酶联合使用，可以更有效的分解有机污染物。

然而，随着使用时间的延长或重复浸泡次数的增加，除锈剂的除锈效果显著降低，且会造成清洗后器械的二次污染。常规情况下，除锈液每2～3天需更换一次。若浸泡器械数量较多，或使用频繁，则需要每天更换1次。这大大的增加了处理成本，降低了处理效率，且除锈后的液体的无害化处理也是仍需进一步解决的问题。

近年来，常压等离子体射流技术在材料表面处理、灭菌消毒等领域得到广泛应用。其关键特征之一就是等离子体产生在开放空间中，而不是限制在狭窄的放电间隙内。通常在应用中，采用氩气、氦气、氮气及空气等作为放电气体，但是仅仅利用此类气体进行放电，等离子体中的活性粒子较为有限，且放电状态呈中性，无法满足一些特殊需求。

发明内容