[发明专利]一种表面改性的金属材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面改性的金属材料及其制备方法和应用，所述表面改性的金属材料包括金属材料基体和基体表面原位形成的具有纳米拓扑结构的氧化膜。其制备方法为：将金属材料与酸溶液混合后进行水热反应，使金属材料表面原位形成具有纳米拓扑结构的金属氧化膜即得。该氧化膜的形成能够显著提高材料的生物相容性，其具有良好的组织生长诱导能力和良好的抑菌性能；该氧化膜是在金属基体上原位形成的，其与基体材料间无明显的界面，大大降低了氧化膜从基体上脱落的风险，保证了修饰层与基底材料之间的结合强度，扩大了其应用范围。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，具体涉及一种表面改性的金属材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种表面改性的钛基材料及其制备方法和应用。

背景技术

生物医用材料是用来诊断、治疗、修复或者更换已发生病变的组织、器官，对功能进行提升的一种材料。很多金属或合金材料尤其是钛及钛合金因具有优良的生物相容性、耐腐蚀、优良的综合性能以及工艺性能，被广泛地应用于牙种植体、人工关节、骨创伤，成为人体硬组织替代物和修复物的首选材料。为提高钛及钛合金的生物活性、耐磨/耐蚀性能、改善血液相容性，需要对钛及钛合金进行表面改性。目前钛及钛合金常用的表面改性方法主要包括化学热处理、离子注入、微弧氧化、电镀、气相沉积、热喷涂、激光表面合金化和激光熔覆法等，这些改性技术能够获得生物活性表面，提高钛合金表面的生物相容性，但是往往存在涂层与基底结合强度不牢固的问题，此外这些方法反应条件相对苛刻，而且需要的设备昂贵，不利于大规模的生产，限制了其应用。

水热处理技术相较而言不但能够获得更好的生物活性，而且涂层与基体的结合也更紧密，从而得到了广泛的应用。水热法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质，通过加热反应容器，创造一个高温、高压的反应环境，从而制备具有不同性能的材料。该方法可实现对种植体局部或整体的表面改性。而且水热法工艺稳定，操作简单。

CN107903425A公开了一种二氧化钛/氧化锌原位改性制备PVC复合材料的方法。将石墨加入到花青素浓缩液中进行氧化还原反应得到石墨烯溶液；在机械搅拌的条件下，将四氯化钛溶液与七水硫酸锌溶液充分混合得到前驱体；水热合成，将制得的前驱体与石墨烯溶液混合，然后加入到高压反应釜中进行水热合成，之后自然冷却至室温，对水热产物进行过滤，水洗并干燥；将产物涂覆在PVC表面。

CN108385369A公开了一种基于水热反应的单层多孔二氧化钛改性的纺织品的制备方法，将F127加入到四氢呋喃中，溶解后，加入酞酸丁酯，边滴加盐酸边搅拌，得到包覆钛的前驱体的凝胶材料；将其加入乙醇/丙三醇的混合溶剂中，得到整理液，活化处理的纺织品浸入整理液中，二浸二轧，得到钛的前驱体改性处理的纺织品；将其加入到含聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，水热处理，再高温热处理，得到单层多孔二氧化钛改性的纺织品。该发明制备的纺织品表面的多孔二氧化钛层层数少，与纺织品的结合牢度好，不易脱落，耐水洗性好，自清洁效果长久稳定。

目前常见的利用水热法制备多孔二氧化钛结构的技术方法如下：利用四氯化钛等前驱体溶液，加热到一定的温度，保温一定时间后，冷却至室温，即可在硅片等基底材料上制备出具有微纳米结构的二氧化钛涂层。但现有技术中通过钛的前驱体溶液在不同基底材料制备具有不同微纳米结构的二氧化钛涂层，涂层与基底材料之间的结合强度无法保证，限制了其应用范围，因此，开发出一种涂层不易从基体表面脱落且具有优异的抗菌性能和组织生长诱导性能的生物医用材料是非常有意义的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面改性的金属材料及其制备方法和应用，尤其提供一种表面改性的钛基材料(钛和/或钛合金)及其制备方法和应用。该材料具有良好的组织生长诱导能力和抗菌性能，其表面的氧化膜与基体间无明显的界面，大大降低了薄膜从基体上脱落的风险。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种表面改性的金属材料，所述表面改性的金属材料包括金属材料基体和基体表面原位形成的具有纳米拓扑结构的氧化膜。