[发明专利]一种钛合金表面Ti-YSZ-FHA生物梯度活性涂层及其制备

说明书

技术领域

本发明属于医用钛合金表面涂层制备技术领域，涉及的是钛合金表面制备 Ti-YSZ-FHA生物梯度涂层及其制备方法，具体的是用电泳沉积-烧结法在Ti₆Al₄V合金表 面制备Ti-YSZ-FHA生物梯度活性涂层。

背景技术

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)分子式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂，是人体硬组织的基本无 机成分，具有良好的生物相容性及生物活性，HA涂层的溶解刺激了骨组织的结合，它植入人 体后能在短时间内与人体的软组织形成紧密结合。但是HA脆性大、强度低，抗折强度和断 裂韧性差，限制了它在人体负重部位的应用。而通过涂层技术在强基体(纯钛或钛合金)表面 涂覆HA活性涂层，形成的复合结构种植体可改变原金属种植体表面形态，形成相互沟通的 孔突，生成的组织向孔突内生长，增强了种植体与骨的机械结构并引导骨生长，成为目前研究 的热点之一。但是临床应用发现，HA在人体中的降解速度快，导致涂层的剥落，以致种植体 在人体内快速失效。采用氟部分取代羟基形成的含氟HA，即FHA，既有HA的生物活性， 同时有较低的溶解度，在体内的降解速度低，有更长的存留时间；而且FHA具有良好的抗菌 作用。

电泳沉积(electrophoretic deposition，简称EPD)近年来广泛应用于制备各种功能性金属/ 陶瓷复合材料，具有沉积速度快、沉积层厚度、组成和结构可控、设备和工艺过程简单、成 本低等优点，应用EPD方法制备HA以及改性的FHA涂层越来越受到人们的广泛关注。EPD 制备的涂层材料需要一个后续的热处理以使沉积层进一步致密化。

功能梯度材料(FGM)的发展特别是功能梯度涂层(FGC)的提出为解决涂层与基体 之间力学性能不匹配的问题提供了一种新的思路。功能梯度材料的(FGM)的组分呈梯 度化分布，使材料性能连续变化，从而发挥了组员材料各自优势。FGM组员成分连续变 化减弱甚至消除了材料中的宏观界面，使涂层内的应力得到缓和甚至消除。

氧化锆(ZrO₂)，特别是氧化钇部分稳定的氧化锆(yttria stabilized zirconia，YSZ)具 有良好的韧性，较高的弹性模量，YSZ的存在使涂层与基体之间的热膨胀系数的差值有 一缓慢变化的区间，有利于降低涂层与基体间的内应力，增强界面的结合强度，研究表明， 在羟基磷灰石涂层中加入YSZ后，涂层的热稳定性能大大提高，涂层的力学性能，如结 合强度、弹性模量、断裂韧性等都得到了明显的改善。

因此本发明结合了以上各种制备涂层的优势，以Ti₆Al₄V为基体，YSZ为强化增韧相， Ti粉的加入强化了涂层和基体的结合，从基体到涂层Ti含量逐渐减少，FHA含量逐渐增 加，在国内外首次应用电泳沉积及后续热处理的方法制备了Ti-YSZ-FHA复合生物梯度涂 层材料。所制备的涂层材料力学性能优良。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术缺陷，在钛合金表面应用电泳沉积-烧结法制备 Ti-YSZ-FHA生物功能梯度涂层及其具体的制备方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的

一种钛合金表面的Ti-YSZ-FHA生物梯度活性涂层是在钛合金表面电沉积 Ti-YSZ-FHA生物梯度活性涂层，所述涂层分别用Ti与YSZ+FHA的质量比逐渐减少的次 序依次在每个溶液中电沉积获得，所述的递减质量比是由5∶1至1∶5，YSZ与FHA的质量 比1∶5～1∶2，所述FHA为Ca₁₀(PO₄)₆[(OH)_1-xF_x]₂，0＜x≤1，YSZ粉由6-8wt％Y₂O₃和 92-94wt％ZrO₂组成，所述的钛合金为Ti₆Al₄V合金。

一种制备钛合金表面Ti-YSZ-FHA生物梯度活性涂层的方法包括以下步骤：

(1)电泳沉积粉末的制备

A、制备FHA粉末