[发明专利]一种织构化人工关节复合涂层的制备方法

说明书

本发明提供一种织构化人工关节复合涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)钛合金基体处理：对钛合金表面进行研磨抛光打磨处理；(2)表面微织构加工：采用飞秒激光加工光源对钛合金表面进行形貌为圆形/椭圆形微凹坑阵列织构加工；(3)表面处理：清洗加工后的钛合金表面，并将钛合金固定在反应磁控溅射系统腔室中；(4)TaCN复合涂层制备：以碳化钽为靶材，在氩气和氮气的混合环境中，在钛合金表面沉积TaCN薄膜。本发明利用真空磁控溅射设备在织构化钛合金人工关节的表面制备TaCN复合涂层，从而提高人工关节的减摩抗磨性能，及其在人体内的使用寿命。

技术领域

本发明涉及织构化人工关节复合涂层制备领域，具体为一种织构化人工关节复合涂层的制备方法。

背景技术

随着人口老龄化的趋势逐渐加深，我国对于人工关节的需求也将不断地增加。据相关专家预测，仅仅就髋关节而言未来几年内，我国的需求趋势将以每年25％的速度持续增长。大量临床案例证明，当关节由于疾病导致正常功能损失且无法自我恢复时，用关节假体对其进行置换无疑是改善关节功能，提高患者生活质量的唯一途径。

摩擦磨损性能是决定人工髋关节假体寿命的最重要的性能之一，随着人工关节需求量的增加，提高人工关节摩擦磨损性能从而提高其在人体内的寿命也逐渐成为重要的发展方向，针对这一现状，现对钛合金表面进行改性处理非常有意义。

本发明将表面织构技术应用于人工关节领域，并在织构化钛合金人工关节的表面制备TaCN复合涂层，以提高人工关节表面的摩擦学性能以及使用寿命。

发明内容

本发明提供一种织构化人工关节复合涂层的制备方法，在传统的人工关节钛合金材料的基础上对其进行表面改性处理，利用真空磁控溅射设备在织构化钛合金人工关节的表面制备TaCN复合涂层，从而提高人工关节的减摩抗磨性能，及其在人体内的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种织构化人工关节复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)钛合金基体处理：对钛合金表面进行研磨抛光打磨处理；

(2)表面微织构加工：采用飞秒激光加工光源对钛合金表面进行形貌为圆形/椭圆形微凹坑阵列织构加工；

(3)表面处理：清洗加工后的钛合金表面，并将钛合金固定在反应磁控溅射系统腔室中；

(4)TaCN复合涂层制备：以碳化钽为靶材，在氩气和氮气的混合环境中，在钛合金表面沉积TaCN薄膜。

进一步地，所述步骤(2)中激光的输出波长为1035nm，脉冲宽度0～400fs。

进一步地，所述步骤(2)中钛合金表面微织构加工所采用的参数为：输出波长1035nm，泵浦电流4.7A，脉冲频率100kHz，扫描速度200mm/s，标刻次数5～30次。

进一步地，所述步骤(3)反应磁控溅射系统中靶材和钛合金基体之间的距离为78毫米。

进一步地，所述步骤(3)具体清洗方法为，将加工好表面微织构形貌的钛片用丙酮、乙醇和去离子水依次超声清洗15分钟，保证钛合金表面清洁无杂质。

进一步地，所述步骤(2)中织构形貌为椭圆形凹坑时，椭圆长轴2A＝140～160μm、短轴2B＝90～110μm，椭圆长轴与钛合金基体长边夹角θ＝0°～90°，凹坑深度为8～12μm，面覆率S_p为15～25％，形貌截面为类阶梯状抛物线；

织构形貌为圆形凹坑时，直径为90～210μm，凹坑深度为8～12μm，面覆率S_p为15～25％，形貌截面为类阶梯状抛物线。

进一步地，所述步骤(4)中TaCN薄膜厚度为4～6μm。