[发明专利]一种控制磁控溅射功率在NiTiV基体表面沉积TiO2氧化膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于记忆合金和磁控溅射技术领域，特指一种控制磁控溅射功率在NiTiV基体表面沉积TiO₂氧化膜的方法。

背景技术

NiTi基记忆合金是一种新型生物医用材料，具有优良的生物相容性，因此，是医学领域一种理想的生物工程材料。然而二元NiTi记忆合金已不能满足医学领域的应用要求，一是二元NiTi记忆合金相变滞后大(30℃)，二是逆相变结束温度高Af为5℃(增加Ni含量可以降低逆相变结束温度，但加工性能大大下降)，因此人们开始考虑在二元合金的基础之上添加第三元素，开发出新型医用NiTiV记忆合金材料，可以满足上述要求。但是NiTiV记忆合金耐腐蚀性和生物相容性有待进一步提高，对NiTiV合金进行表面改性是急需解决和十分重要的课题。在NiTiV记忆合金中，元素钛形成氧化物时释放出的热量是元素镍形成氧化物时的4倍，钛对氧高的化学吸附亲和力使得在NiTiV记忆合金表面的氧化物层主要为TiO₂。研究表明，NiTiV记忆合金良好的生物相容性源自于其合金表面的富钛氧化物层，经适当热处理与钝化在NiTiV记忆合金表面产生的氧化物层，能有效提高其抗腐蚀性能，根本原因是表面Ni、NiO含量的减少和TiO₂含量的增加。在表面改性的的众多技术中，磁控溅射技术具有低温快速在基体表面沉积TiO₂薄膜，而又不会影响基体性能的优异性。通过调整工艺参数，可以调整TiO₂薄膜的晶型结构、薄膜致密度、膜表面形貌和晶粒大小，从而控制薄膜的生物活性和血液相容性。将磁控溅射技术应用到NiTiV记忆合金进行表面改性，在NiTiV基体表面沉积TiO₂氧化膜，该氧化膜具有生物相容性好、能阻止血栓的形成、与基体结合强度高、愈合时间短的特点，具有极高的临床应用价值。本发明将磁控溅射技术用于NiTiV记忆合金进行表面改性，在NiTiV基体表面沉积TiO₂氧化膜，经过查询，未见有相关专利发表。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制磁控溅射功率在NiTiV基体表面沉积TiO₂氧化膜的方法，其特征在于：采用JGP560CVI型超高真空多功能磁控溅射设备，材料为NiTiV记忆合金，靶材为99.9％的纯钛，靶厚3mm，直径60mm。氧气和氩气纯度为99.99％。镀膜工艺流程为：除油(丙酮加无水乙醇超声清洗)、酸洗除锈(10％稀硫酸溶液)、抽真空、样品反溅清洗、靶材反溅清洗、进行镀膜。

磁控溅射的TiO₂薄膜的沉积速率随功率增加而增加，基本上成线性关系。如果功率过小，薄膜沉积速率小，薄膜厚度较薄，与基体结合力差；若功率过大，薄膜的晶粒易出现烧结现象，薄膜致密性也不好，厚度不均匀。本发明功率选择六个梯度：100W、120W、140W、160W、180W、200W。

从薄膜的致密性来看(图1)，功率为160W时制备的薄膜原子形貌最好；从晶粒大小角度来看(图1)，功率为160W制备的薄膜最好；从结构上讲(图1)，功率为100W-200W薄膜都是晶态结构。图2为功率和薄膜厚度的函数关系，在相同的沉积时间内，薄膜厚度和薄膜的平均沉积速率是正相关的。图2代表了功率和沉积速率的函数关系，从图2中可以看出，随功率增加，薄膜沉积速率近似线性增加。薄膜厚度是用高分辨率金相显微镜中显微标尺测量，图3为功率为160W时，薄膜的显微组织图，图中一层白亮组织为TiO₂薄膜，上面为基体，显微标尺显示膜厚为5μm，采用类似方法测量其它样品薄膜厚度。

附图说明

图1不同功率下薄膜表面形貌

a、100W；b、120W；c、140W；d、160W；e、180W；f、200W

图2溅射功率与薄膜厚度的关系

图3薄膜纵向剖面金相显微组织1000X

具体实施方式

实施例1

采用JGP560CVI型超高真空多功能磁控溅射设备，材料为NiTiV记忆合金，靶材为99.9％的纯钛，靶厚3mm，直径60mm。氧气和氩气纯度为99.99％。镀膜工艺流程为：除油(丙酮加无水乙醇超声清洗)→酸洗除锈(10％稀硫酸溶液)→抽真空→样品反溅清洗→靶材反溅清洗→进行镀膜。