[发明专利]医用CoCrMo合金表面离子氮化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面离子氮化方法，尤其是一种适用于制备硬质氮化物陶瓷层、实现金属的表面陶瓷化，以提高其耐磨性和使用安全性的医用CoCrMo（钴铬钼）合金表面离子氮化方法。

背景技术

CoCrMo（钴铬钼）合金是以钴为基本成份所形成的固溶体。合金中较多的铬元素能够在合金表面形成薄且致密的Cr₂O₃（氧化铬）氧化层，提高合金的耐腐蚀和抗磨损性能。虽然CoCrMo（钴铬钼）合金因其良好的生物相容性、耐腐蚀和耐磨损性能，已广泛应用于人工髋和膝关节假体的制造，但临床上依然存在CoCrMo（钴铬钼）合金的磨损和金属离子Co（钴）、Cr（铬）等的释放问题。人工关节置换术后的长期追踪研究表明，这些潜在毒性的金属离子和磨损产生的磨损颗粒，可通过组织迁移而扩散，是引起局部界面骨溶解，导致假体无菌松动，进而造成人工关节置换失败的主要原因。

表面改性技术可在提高CoCrMo（钴铬钼）合金耐磨损性能的同时，有效减少或阻止金属离子向植入假体周围组织的释放。在已开发的表面处理技术中，研究较多的是离子注入，氮离子注入可在CoCrMo（钴铬钼）合金表面形成硬的氮化物注入层，提高耐磨性能并减少有害离子的释放。但氮离子注入厚度有限，50~100keV下的注入层深度只有0.1~0.2μm，对于承重和频繁运动的髋和膝关节假体，这种厚度的渗层很难满足要求。因为假体在承重载荷和摩擦的作用下，较薄的氮离子注入层容易被磨损掉，最终导致了CoCrMo（钴铬钼）合金裸露出来，不能起到有效的耐磨和防止有害离子释放的作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种医用CoCrMo（钴铬钼）合金表面离子氮化方法，通过对医用CoCrMo（钴铬钼）合金表面进行离子氮化处理，从而获得高硬度和具有一定厚度的氮化物陶瓷层，能够显著提高CoCrMo（钴铬钼）合金假体的耐磨损性和使用安全性，进而提高CoCrMo（钴铬钼）合金假体的使用寿命。

技术方案：本发明的医用CoCrMo（钴铬钼）合金表面离子氮化方法，包括以下步骤：

a、将医用CoCrMo（钴铬钼）合金表面先用不同型号的多种水砂纸依次打磨，然后通过机械抛光的方法降低CoCrMo（钴铬钼）合金的表面粗糙度至15nm以下；

b、将抛光后的CoCrMo（钴铬钼）合金浸入酒精溶剂中超声波清洗，以除去合金表面污物，之后放入烘干炉中烘干；

c、将干燥后的医用CoCrMo（钴铬钼）合金放入离子氮化炉的反应室中，对反应室进行抽真空，当反应室的气压低于0.1Pa时，向反应室中通入氩气，对医用CoCrMo（钴铬钼）合金进行溅射清洗，清洗在反应室升温的过程中同步进行，当升温达到预定的离子氮化温度后，停止溅射清洗；

d、抽出反应室中的氩气，向反应室中通入NH₃(氨气)，控制反应室气体压力、离子氮化温度、放电电压、电流密度，保温8~10小时后，炉冷至100℃出炉。

所述不同型号的多种水砂纸分别为180^#，400^#，800^#，1200^#水砂纸；所述浸入酒精溶剂中超声波清洗的时间为10~20min；所述放入烘干炉中烘干的温为60℃，烘干的时间为10小时；所述对医用CoCrMo（钴铬钼）合金进行溅射清洗时反应室的气压为90~150Pa，放电电压为480~530V；所述通入NH₃(氨气)时反应室气体压力控制在400~500Pa，离子氮化温度为750~850℃，放电电压为550~600V，电流密度为4~5mA/cm²。

    有益效果：由于采用上述方案，离子氮化后，CoCrMo（钴铬钼）合金表面形成了具有一定厚度的致密的纳米结构氮化层——Cr₂N（氮化二铬）和CrN（氮化铬）硬质化合物层，能有效的提高CoCrMo（钴铬钼）合金的表面硬度。且氮化层深入到CoCrMo（钴铬钼）合金的晶界中，与基体形成交织的网状结构，这种结合方式，必然会带来良好的力学结合性能。因此，离子氮化后，一定厚度的氮化层所具有的高硬度以及与CoCrMo（钴铬钼）合金基体的网状结合方式，保证了离子氮化后，医用CoCrMo（钴铬钼）合金假体的耐磨损性和使用安全性的明显提高，达到了发明的目的，并具有以下优点：

1.本发明的氮化物陶瓷层与基体之间形成交织的网状结构特征，很好的解决了氮化层与CoCrMo（钴铬钼）合金间结合状况问题；