[发明专利]一种在医用钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体为一种通过阳极氧化的方法在医用钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的表面处理方法。

背景技术

钛合金由于具有优良的机械性能、低弹性模量、耐人体体液腐蚀、良好的生物相容性而广泛应用于人体矫形手术。对于医用钛合金，由于作为植入物，在生理介质中的一系列主要反应是在其表面进行的，表面的化学成分、表面能以及物理性能等对其在医疗上的应用起着至关重要的作用，所以对医用钛合金的表面进行改性成为研究重点。对医用钛合金进行表面改性的方法有很多，其中阳极氧化方法因其简单直接而被广泛使用。阳极氧化方法不但方法设备简单，而且可以增加表面耐磨性，形成的膜稳定性好。

最近，阳极氧化法制备纳米管阵列氧化膜的研究引起了各国学者的广泛关注。在纯金属如Ti、Hf、Zr等以及钛合金基体上制备出纳米管氧化膜的研究表明，纳米管阵列可以通过不同的实验参数来控制纳米管的尺寸。

TiO₂纳米管阵列氧化层，相对于致密的氧化层，具有相当大的比表面积，可以增加纳米管与组织间的接触机会，利于细胞的吸附于增殖，利于骨组织的长入。有研究表明，TiO₂纳米管阵列经碱溶液处理后可以增加其生物活性，在模拟体液中大大加快羟基磷灰石的生长速度。而且装载一定药物的纳米管可以降低细菌的黏附，提高成骨细胞的分化。若在这种特殊结构的纳米管中装入药物，达到药物控释的作用，将会大大增加具有纳米管氧化膜的医用钛合金在医疗上的应用潜力。

因此，在医用钛合金表面制备出具有直径厚度可调控的纳米管氧化膜，对促进其在医疗上的应用具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、成本低廉的在医用钛或钛合金表面生成纳米管氧化膜的方法。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，包括对医用钛或钛合金进行表面预处理，阳极氧化和后续热处理。首先通过对医用钛或钛合金表面进行预处理，然后进行阳极氧化，在其表面生成规整均匀的二氧化钛基纳米管氧化层，再进行后续热处理，将非晶型氧化膜转化成锐钛矿二氧化钛，同时保持纳米管的完整性，不破坏纳米管的结构。

本发明提供的在一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，所述的氧化处理方法过程如下：阳极氧化方式，电解质溶液为0.5-1.5mol/L(NH₄)₂SO₄，0.05-0.2mol/L NH₄F，溶液pH值约为6-7，电压范围为10-80V，氧化时间为0.5-5h。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，在相同的氧化时间下，随着氧化电压增加，纳米管的直径和长度都线性增加；在相同的氧化电压下，随着氧化时间增加，纳米管的直径变化不大，长度增加。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，所述的热处理规范是：温度为450℃-650℃，保温时间为2-4小时，冷却方式为随炉冷却。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，所述的阳极氧化过程如下：在室温下，将钛或钛合金做阳极，不锈钢容器作阴极，采用逐步升压法，不同试验参数下的升压速度为0.3V/s-0.7V/s，氧化时间从升压至设定电压后开始计时。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，在不同电化学参数下，可以在医用钛或钛合金表面生成直径为30nm-310nm，厚度可达19μm规整均匀的二氧化钛基非晶型纳米管氧化膜。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法，在经过热处理之后，非晶型的纳米管氧化膜转化成锐钛矿二氧化钛，并除去阳极氧化过程中引入纳米管中的有毒元素氟，同时保持纳米管的完整性。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法中，热处理设备为箱式电阻炉。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法中，配制电解液液所用试剂均为分析纯。

本发明提供的一种在医用钛或钛合金表面制备纳米管阵列氧化膜的方法具有以下优点及有益效果：

1.本发明使用的设备简易，操作简单，阳极氧化的过程不需要搅拌，不需要循环水冷却，在室温下即可进行。

2.本发明可以通过调节不同的氧化电压和氧化时间，得到具有不同直径和长度的规整有序纳米管，因此可以根据实际需要设定试验参数。