[发明专利]一种纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层的制备方法，属于涂层制备技术领域。本发明将纳米羟基磷灰石与钛混合形成复合颗粒悬浮液，可任意调节羟基磷灰石与钛的比例；与雾化气体混合后经微孔进入超音速火焰喷枪，降低混合颗粒在火焰中的温度；相比常规超音速火焰喷涂，包裹在混合颗粒周围的溶剂挥发会吸收部分热量，避免了纳米羟基磷灰石颗粒相结构热分解或非晶化；纳米羟基磷灰石与钛颗粒在悬浮液中得到充分混合，提高了两相在复合涂层中分布的均匀性；部分钛颗粒及钛颗粒表面层在含氧高温焰中发生氧化，钛颗粒氧化物不仅缓和羟基磷灰石与钛颗粒间热膨胀不匹配问题，还作为增强相存在于复合涂层中，进而提高了复合涂层的硬度和弹性模量。

技术领域

本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层及其制备方法。

背景技术

医用金属作为硬组织植入材料，与医用陶瓷、高分子材料相比，具有疲劳强度高、使用周期长的优点。但金属材料表面活性低、甚至在机体内释放毒性离子，限制了其临床应用。羟基磷灰石材料因具有与人骨无机质化学成份相同、生物活性高及可诱导细胞再生的特点，被用于硬组织植入材料。医用金属表面制备羟基磷灰石复合涂层，可发挥金属材料优良力学性能与羟基磷灰石高生物活性的优点。因纯羟基磷灰石涂层的强度低及脆性大的问题，在羟基磷灰石涂层中掺杂一定量钛，可获得羟基磷灰石/钛复合涂层，从而保持羟基磷灰石涂层生物活性同时提高其力学性能。

目前，在医用金属表面制备纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层的方法，有等离子喷涂法、超音速火焰喷涂法、电弧喷涂法、激光熔敷法、冷喷涂法、电沉积法及溶胶凝胶法等。

但等离子喷涂法、超音速火焰喷涂法、电弧喷涂法及激光熔敷法，存在因涂层沉积温度较高，易引发纳米羟基磷灰石粉末相结构热分解或非晶化。且纳米羟基磷灰石粉末在高温下易与钛的氧化物发生化学反应生成杂相。

冷喷涂法、电沉积法及溶胶凝胶法虽可避免纳米羟基磷灰石粉末相结构热分解与化学反应，但冷喷涂法形成钛/羟基磷灰石复合涂层所使用的纳米羟基磷灰石与纯钛混合粉末成分配比要求严格，钛颗粒比例过低将难以形成复合涂层；电沉积法与溶胶凝胶法存在后续热处理过程中羟基磷灰石相结构高温热分解的问题。电沉积法还存在因使用具有毒性的化学试剂，引起污染环境及造成人体伤害的问题。此外，运用机械混合异质相颗粒的粉末制备涂层，存在涂层内异质相分布不均匀导致涂层力学性能稳定性较差问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层及其制备方法。本发明提供的纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层具有优异的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

将纳米羟基磷灰石-钛混合颗粒悬浮液与雾化气体混合，采用超音速火焰喷涂方法对预热的基体进行喷涂，得到纳米结构羟基磷灰石/钛复合涂层。

优选地，所述纳米羟基磷灰石-钛混合颗粒悬浮液由纳米羟基磷灰石、钛颗粒和溶剂混合而成；所述纳米羟基磷灰石-钛混合颗粒悬浮液的固含量为1～20％。

优选地，所述纳米羟基磷灰石的粒径为5nm～10μm，所述钛的粒径为1～20μm。

优选地，所述雾化气体的压力为0.5～1.5MPa。

优选地，所述纳米羟基磷灰石-钛混合颗粒悬浮液的流速为5～60L/min，所述雾化气体的流速为1～20L/min。

优选地，喷涂时，超音速火焰喷涂装置的喷枪出口端与基体表面的间距为80～150mm，超音速火焰喷涂装置的喷枪相对基体的平行移动速度为60～150mm/s。

优选地，所述超音速火焰喷涂使用的助燃气体为氧气，可燃性气体包括丙烷、乙炔或航空煤油。