[发明专利]一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO

说明书

本发明公开了一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO₂纳米管阵列的方法及其应用。该方法包括如下步骤：1)利用大塑性变形方法将α+β双相钛合金转化成单相钛合金；2)以单相钛合金为基体，利用阳极氧化法在基体上获得均匀TiO₂纳米管阵列。本发明利用大塑性变形技术处理α+β双相钛合金，使双相钛合金基体中的第二相回溶，形成单相过饱和固溶体，从而得到单相钛合金，该钛合金不仅力学性能优异并且在其表面还能获得均匀的TiO₂纳米管阵列层。本发明的大塑性变形方法操作简单、条件可控，并且加工温度远低于现有技术，同时对环境没有污染，因而更具有实际应用的价值。

技术领域

本发明属于无机纳米材料技术领域，尤其涉及一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO₂纳米管阵列的方法及其应用。

背景技术

生物医用钛合金以其优异的生物相容性、耐蚀性能和综合力学性能，已广泛应用于制作多种骨科、口腔科用医疗器械，例如：人工关节、骨创伤产品、脊柱矫形内固定系统等骨科植入物产品，以及口腔正畸产品等。Ti-6A1-4V、Ti-6Al-7Nb是目前临床应用的最广泛的医用钛合金，是典型的α+β双相钛合金。

植入体表面改性活化处理和多孔结构设计可诱导骨组织向内生长、增加界面结合强度、加快骨修复进程，从而改善治疗效果。其中，利用阳极氧化法制备出的高度有序，且垂直排列的TiO₂纳米管阵列层因有特殊的结构和优异的性能，而在许多领域，诸如：光催化器材、电子设备、染料敏化太阳能电池、光敏器件、传感器等均有广泛的应用前景；更为重要地是，将人工钛基材料植入假体时，该种材料可有效地调控并指挥特定的细胞活动。而且其尺寸可以通过调整阳极氧化参数，例如：电压、时间、电解液成分等得到精确调控。TiO₂纳米管阵列层可以在很多生物医用钛基材料上成功制备，如：纯钛，Ti-6Al-4V，Ti-6Al-7Nb， Ti-13Nb-13Zr合金等。但由于传统加工方法制备得到的生物医用钛合金往往为α+β双相结构，不同相之间化学活性的根本不同导致其表面阳极氧化的TiO₂纳米管阵列层通常不均匀，均匀的TiO₂纳米管阵列层只能在纯钛的表面生成，其应用范围有限。

为解决α+β钛合金的化学活性不同的双相问题，通常利用固溶处理高温淬火保留高温相的方法制备饱和α'相的单相结构，该方法虽然可以解决多相并存的问题，但是固溶处理后的双相合金的力学性能不能满足临床要求，通过后续热处理的方法可以提高力学性能，但又会导致β相析出重新变成双相结构。

大塑性变形技术具有显著提高金属力学性能、不易引入微孔和杂质以及可以制备较大尺寸的块状样品等优点，很适合于传统医用金属材料的力学性能优化。大塑性变形加工过程中对样品施加很大的剪切应力而引入高密度位错，将晶粒尺寸细化到1微米以下，获得由均匀等轴晶组成的超细晶材料，并且含有大量其他缺陷，如：大量空位和位错，能有效阻碍位错运动，从而提高静止强度，目前，大塑性变形技术主要用于提高金属的力学性能，未见其用于替代热处理α+β双相钛合金获得α单相结构并通过阳极氧化制备均匀TiO₂纳米管阵列层的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO₂纳米管阵列的方法及其应用。本发明利用大塑性变形技术在室温或较低温度下将α+β双相钛合金转化成单相钛合金，不仅获得力学性能优异的单相钛合金，同时在其表面还能生成均匀的TiO₂纳米管阵列。

具体如下：

本发明的目的之一在于提供一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO₂纳米管阵列的方法，包括如下步骤：

1)利用大塑性变形方法将α+β双相钛合金转化成单相钛合金；

2)以单相钛合金为基体，利用阳极氧化法在基体上获得均匀TiO₂纳米管阵列。