[发明专利]一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法，对钛植入材料依次进行除油除脂、磨制和抛光水洗；配置含有纳米级Cu₂O颗粒的微弧氧化电解液；将抛光水洗后的钛植入材料放入微弧氧化电解液中，采用直流脉冲微弧氧化电源对其进行微弧氧化，在钛植入材料表面得到厚度为8～45μm的抗菌耐磨涂层；本发明通过微弧氧化涂层技术，在钛合金基体表层的钛原子原位形成的氧化物多孔膜层中掺杂Cu₂O颗粒，降低了表面粗糙度，提高了陶瓷层致密性，使陶瓷层的耐磨性得到了提升，并且借助于Cu₂O提升了陶瓷层的抗菌性，使该陶瓷层降低钛合金弹性模量的同时具备良好的抗菌性和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及生物医用金属植入材料技术领域，尤其涉及一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法。

背景技术

骨和关节系统是人体主要承受负荷的组织，其磨损后的修复和替换材料应有较高的力学强度。钛及钛合金因为其低密度，高比强度，优良的耐蚀性和生物相容性等特点，被认为是一种良好的人体植入材料，广泛的应用在骨关节替换等领域，对其需求量也快速增长。但是钛合金本身的耐磨性差、弹性模量过大、生物力学性能与人体骨骼组织不匹配及抗菌性差制约了钛合金的进一步应用。

微弧氧化技术是一种直接在轻金属表面原位生长陶瓷膜的新技术，是在Al、Mg、Ti等阀金属或其合金置于电解质水溶液中作为阳极，利用电化学方法在该材料的表面产生火花放电斑点，在热化学、等离子体化学和电化学的共同作用下，获得金属氧化物陶瓷层的一种表面改性技术，该技术工艺简单、绿色环保，陶瓷层与基体属于冶金结合，结合强度高。

钛表面制备微弧氧化层，借助氧化层的陶瓷属性，可以显著提高钛表面涂层的生物防护性能和生物相容性，推进钛及其合金在生物领域的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法，以提升钛合金人体植入材料的抗菌性和耐磨性能。

本发明采用以下技术方案：一种钛植入材料表面抗菌耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

对钛植入材料依次进行除油除脂、磨制和抛光水洗；

配置含有纳米级Cu₂O颗粒的微弧氧化电解液；

将抛光水洗后的钛植入材料放入微弧氧化电解液中，采用直流脉冲微弧氧化电源对其进行微弧氧化，在钛植入材料表面得到厚度为8～45μm的抗菌耐磨涂层。

进一步地，微弧氧化电参数为：电压450～500V，频率600～800Hz，占空比为3％～8％，氧化时间为10～60min。

进一步地，抗菌耐磨涂层中Cu元素的含量为0.5～3.2at.％。

进一步地，微弧氧化电解液含有10～40g/L的硅酸钠、1～5g/L的羧甲基纤维素钠、1～10g/L的钨酸钠、1～8g/L的氟化钾、1～5g/L的氢氧化钾、6～10g/L的Cu₂O颗粒。

进一步地，包括以下步骤：

对加工好的钛植入材料进行除油除脂工艺处理，再用不同粒径的SiC砂纸逐步研磨，再进行清洗以备微弧氧化处理；

配置微弧氧化电解液；微弧氧化电解液中含硅酸钠20g/L、氟化钾2g/L、氢氧化钾4g/L、钨酸钠3g/L、羧甲基纤维素钠1g/L和Cu₂O纳米级粉末6g/L；

将清洗后的钛植入材料放入微弧氧化电解液，采用直流脉冲微弧氧化电源进行微弧氧化，在钛植入材料表面生成厚度为20μm、Cu含量为0.9at.％的抗菌耐磨涂层；

微弧氧化电参数为：电压450V，频率800Hz，占空比5％，通电时间15min。

进一步地，包括以下步骤：