[发明专利]Ti6Al4V－AlTiN涂层材料的医疗应用

说明书

技术领域：本发明涉及一种钛合金的用途，尤其涉及一种钛合金复合材料的医疗用途。

背景技术：生物医学材料学作为生命科学和材料科学的交叉前沿领域，对人类的康复工程起着不可估量的作用。生物医学材料是指用于医疗的能植入生命体或能与生物组织结合的一类特殊功能材料，它可起到修复或替换人体组织器官或增进其功能的作用而不致产生不良组织和血液反应，是研制人工器官及医疗器械的医学基础。由于生物材料短期或长期与人体皮肤、体液、组织相接触，或者作为承力负重载植入人体，故需满足如下条件：

1)力学条件：即具有与组织相适应的物理机械性能，包括具有足够的静态强度，如抗弯、抗压、拉伸、剪切等；具有适当的弹性模量和硬度；具有耐疲劳、摩擦、磨损，具有润滑性能等。

2)化学条件：即在体内长期稳定，有耐侵蚀，不溶出毒性离子，不分解、不变质、不产生有害降解物等。

3)生物学条件：即与人体组织相容性好，对机体无免疫排异反应，种植体不致引起周围组织产生局部或全身性反应：对人体无毒，无刺激，无致畸、致敏、致突变和致癌作用；无溶血、凝血反应。

4)针对不同的使用目的而具有特定的功能。如对于骨、齿等硬组织修复材料，应具有生物活性，最好能与骨、齿等形成化学结合；对于与血液接触植入物，应具有抗血栓形成性能。

任何一种生物医学材料，只有满足上述四个条件，才能在临床上获得理想的医疗效果。

Ti6Al4V合金具有强度高、密度小、抗疲劳、耐腐蚀、低弹性模量以及良好的生物相容性等诸多优异的性能，故而在医学领域获得广泛应用。但Ti6Al4V合金表面的氧化膜硬度小、耐磨性差，植入人体后容易磨损，并在关节周围形成黑褐色稠状物，引起疼痛，必要时还需重新手术再次置换，加重了患者的痛苦和经济负担。另外，在生物体液的长期作用下，种植体将释放出Al、V离子；Al离子与无机磷相结合容易诱发老年痴呆，V离子进入人体容易引发慢性炎症。鉴于Ti6Al4V合金的上述特点，目前世界各国都努力寻求在Ti6Al4V合金表面制备陶瓷涂层，把由此制成的复合材料作为植入物；使其既具有Ti6Al4V合金的强度和韧性，表面又具有陶瓷本身的高硬度、低磨损、耐腐蚀和较好的生物相容性。

AlTiN陶瓷涂层因其具有很高的硬度、优良的摩擦磨损性能、良好的化学惰性、以及很强的附着力等特点，近年来在我国表面工程领域(主要是刀具制造工业)正得到逐步推广应用；尽管AlTiN陶瓷涂层的这些优点也非常符合生物陶瓷的特征，但是将AlTiN陶瓷涂层制备在Ti6Al4V合金上作为生物材料应用的相关技术却未见报道。

发明内容：针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种Ti6Al4V-AlTiN涂层材料在矫形外科中的用途。

为了实现上述目的，本发明所采用以下技术方案：将利用高度离子化脉冲工艺在Ti6Al4V合金表面制备AlTiN涂层而得到的复合材料用于制作矫形外科中植入生物体内的人工骨骼或器械。

比如：所述复合材料可用于制作髋关节、膝关节或牙根。

上述技术方案中，所述的复合材料是采用基于复式阴极、双极性、磁控溅射的高度离子化脉冲工艺(High Ionic Pulse technology简称H.I.P)，利用德国CemeCon公司生产的CC800^/9XL涂层系统在Ti6Al4V合金基材表面经沉积AlTiN陶瓷涂层形成的Ti6Al4V-AlTiN涂层材料。H.I.P绕射(镀)性非常好，可以方便地对凹面、凸面、背面进行沉积；作为骨骼尤其是关节等复杂形状处的代用材料，钛合金的AlTiN陶瓷涂层表面改性在工艺上很容易实现。

与Ti6Al4V合金比较，Ti6Al4V-AlTiN涂层材料具有以下优点：

1.AlTiN陶瓷涂层表面硬度高达到25.2GPa，且涂层与基体结合力强。

2.Ti6Al4V-AlTiN涂层材料在摩擦磨损试验中表现出很好的生物耐磨性和抗剥离性，摩擦系数仅为0.007，磨面只出现轻微磨痕，属非发展性疲劳磨损；而Ti6Al4V合金基材在此试验条件下，发生了严重的粘着磨损和磨粒磨损，并伴随有氧化磨损，属三者复合作用。这说明AlTiN陶瓷涂层材料是提高Ti6Al4V合金耐磨性的理想途径。

3.Ti6Al4V-AlTiN涂层材料表现出更好的耐蚀性；而在相同条件下Ti6Al4V合金的氧化膜击穿电位为0.5V。