[发明专利]一种梯度医用材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种梯度医用材料及其制备方法，在Ti‑10Mo‑28Nb合金配比基础上添加合金强化元素Zr及β相稳定元素Ta，在Ti‑Mo‑Nb‑Zr‑Ta多元合金表面涂层为HA或HA‑Cu‑Zn复合涂层。Zr及Ta的加入能明显地降低合金的弹性模量，保持体内使用强度要求，提高耐腐蚀性，更加满足钛合金植入人体的需求。表面涂层为Ti‑10Mo‑28Nb‑3Zr‑6Ta多元合金表面HA或HA‑Cu‑Zn复合涂层。通过对Ti‑5Mo‑28Nb‑3Zr‑6Ta合金表面抛光处理；合金表面通过阳极氧化法制备了纳米氧化管，然后再采用等离子喷涂技术在纳米管表面喷涂一层由羟基磷灰石(HA)及铜(Cu)和锌(Zn)元素，制备复合生物涂层。该梯度医用材料有助于解决目前骨植入材料弹性模量高、生物活性差、耐腐蚀性及抗菌性不足等问题。

技术领域

本发明属于医用钛合金材料制备及其表面改性技术领域，具体涉及一种降低钛合金基体的弹性模量，提高钛合金基体的强度、生物活性、耐腐蚀性、抗菌性的生物梯度医用材料及制备方法。

背景技术

梯度材料是指在材料的制备过程中，选择几种不同性质的材料，连续地控制材料的微观要素(包括孔径大小呈梯度变化、孔隙率呈梯度变化、组成呈梯度变化)，使界面的成分和组织呈连续变化。根据不同的分类标准梯度材料有多种分类方式。根据材料的组合方式，分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料；根据其组成变化分为梯度功能整体型(组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料)，梯度功能涂敷型(在基体材料上形成组成渐变的涂层)，梯度功能连接型(连接两个基体间的界面层呈梯度变化)；根据不同的梯度性质变化分为密度梯度材料，成分梯度材料，光学梯度材料，精细梯度材料等；根据不同的应用领域有可分为耐热梯度材料，生物、化学工程梯度材料，电子工程梯度材料等。

钛及其合金由于其良好的力学性能及生物性能广泛应用于工业和生物医学领域，尤其是牙科和骨科医学领域，但现有的钛合金仍存在众多问题。首先，现有钛合金的弹性模量明显高于人骨，且钛合金作为植入体其在制备过程中通常会导致氧化，这种天然氧化层分布不均匀，且长期在人体内存在容易使其表面的钝化膜发生剥离和溶解，对周围组织产生不良影响；其次，钛合金属于惰性材料，生物活性差，不易与人体骨形成化学键合；再次，由于钛基金属自身没有抗菌能力，容易引发细菌感染，有效预防、阻止钛植入体引起的感染已经成为生物材料和临床医学等研究领域亟需解决的另一重要问题。

发明专利：一种钛合金基体组合物201810107293.1，公开组合物由如下质量百分比的各组分组成:Ti66.88～85.67％、Zr 4.0～6.5wt％、Nb 3～10wt％、Gd 0.5～1.5wt％、Fe 6～13wt％、Mo 0.8～2.0wt％、Pt 0.03～0.12wt％。该发明的钛合金虽然弹性模量较低，但其中含有对人体不利的元素Gd、Fe和Pt，其在人体内长期存在会溶出对人体不利元素，不利于患者的康复。因此，为了使钛合金更好的适应人体环境，一种梯度医用钛合金应运而生。在Ti-10Mo-28Nb合金基础上添入强化元素Zr，Zr作为一种中性元素，主要的作用为提高合金的强度，少量的Zr能在一定程度是降低弹性模量，解决合金弹性模量与强度成正比的矛盾，再添入作为β相稳定元素和生物活性元素的Ta，进一步降低弹性模量，该合金体系中不含对人体不利的合金元素，Zr及Ta的添入目的为降低钛合金基体弹性模量，并提高基体必要的使用强度；在合金基体上进行表面改性，制备具有氧化层及涂层的梯度医用钛合金，目的为提高合金基体与表面涂层之间的结合力，提高钛合金材料整体耐腐蚀性、生物活性及抗菌性。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低钛合金基体的弹性模量，提高钛合金基体的强度、生物活性、耐腐蚀性、抗菌性的生物梯度医用材料及制备方法。

一种梯度医用材料，其中：在Ti-10Mo-28Nb合金配比基础上添加合金强化元素Zr及β相稳定元素Ta，所述元素Zr添加量变化范围为0wt％-7wt％；Ta的添加量变化范围为0wt％-8wt％，在Ti-Mo-Nb-Zr-Ta多元合金表面涂层为HA+涂层。