[发明专利]多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种金属表面改性技术领域，具体涉及一种多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法。

背景技术：

钛及其合金的多孔材料即保持了钛实体高机械强度、高韧性和优良的抗疲劳性能等特点，并且由于其多孔结构可以为骨组织的长入提供空间，有利于植入材料与骨组织之间的结合，因此钛多孔材料在生物医学骨组织替代方面具有相当大的应用潜力。通过微弧氧化的方法可以在多孔钛表面形成微观多孔结构的二氧化钛TiO₂涂层，同时可在涂层中引入对生命体有益的微量元素，如钙Ca、磷P、硅Si、钠Na等，当这些微量元素引入后，可有效提高涂层的活性，在模拟体液中浸泡可提高诱导羟基磷灰石形成的能力，但是由于长时间在体液环境中浸泡表面微量元素会流失，这就需要提高微量元素在涂层内的稳定性。

发明内容：

本发明的目的是提供一种微弧氧化工艺方法节能省时，原位形成的氧化物涂层与基体匹配好，适用于不同孔隙、形状与尺寸的多孔零件，所获得的致密陶瓷层含有对人体骨组织生长有益的硅Si、钙Ca微量元素和体液环境中具有极好稳定性的榍石，能够成功的在模拟体液中诱导羟基磷灰石的生成，有助于提高多孔钛基体替换物植入体内与骨组织的结合能力。

 上述的目的通过以下的技术方案实现：

多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法,本方法有四个步骤，

步骤一：做基体前处理将钛珠(1)表面抛光、清洗；

步骤二：做真空烧结处理将钛珠装入模具中后置入真空度为10^-3Pa的真空烧结炉中，1450℃恒温加热2小时,然后随炉空冷，冷却到室温后取出，钛珠形成自然搭接的多孔形状，即为多孔钛(2)；

步骤三：做微弧氧化处理将多孔钛置于含有碱性电解液的不锈钢槽体中，以多孔钛做阳极，不锈钢槽体为阴极；氧化过程中通过冷却系统控制槽液温度＜50^oC；采用双极脉冲电源，通过对微弧氧化电参数的控制，靠多孔钛表面的击穿放电使多孔钛表面（2）形成微弧氧化涂层（3），微弧氧化涂层厚度控制在3～10mm;

[步骤四：做涂层热处理将微弧氧化涂层放入空气炉中600~900℃，保温时间1-12小时进行热处理。

所述的多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法，所述的微弧氧化的脉冲电压为200～600V，所述的微弧氧化的频率400～800Hz，所述的微弧氧化的占空比4～20%，所述的微弧氧化的溶液温度0～50^oC。

所述的多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法，所述的碱性电解液是硅酸盐和乙酸钙的混合物，其中EDTA-2Na、NaOH、Na₂SiO₃·9H2O和Ca(CH₃COO)₂·H₂O的浓度分别定为15克/升、20克/升、14.2克/升和8.8克/升，以去离子水为溶剂配制成电解液，使得所述的通过微弧氧化制备涂层（3）中加入硅Si、钙Ca微量元素。

所述的多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法，所述的热处理温度控制在600~900 ^oC，所述的热处理温度时间控制在1~12h,随着热处理温度和处理时间的增加榍石含量也增加。

所述的多孔钛表面制备含榍石生物活性陶瓷涂层的方法，所述的多孔钛制备所采用的原材料尺寸为直径100或直径200或直径300或直径400或直径500或直径600mm的钛珠。

有益效果：

1. 本发明在保持多孔钛表面微弧氧化涂层的生物活性基础上显著提高表面微弧氧化陶瓷层的稳定性，扩展了多孔钛作为最理想的骨替代物的应用范围。

本发明处理后的涂层进行衍射仪EDS能谱检测，涂层中有钠Na、硅Si、钙Ca微量活性元素的存在,X射线衍射仪XRD衍射测试可检测出涂层中存在榍石和锐钛矿及金红石，本发明首次在多孔钛基体上通过高温处理微弧氧化含Si、Ca涂层获得榍石。以钛珠烧结成多孔钛，多孔结构可以提高植入物与骨组织的结合，在多孔钛基体上微弧氧化是一项创新，将按本发明获得涂层放入模拟体液中浸泡7天表面有羟基磷灰石生成，当浸泡一个月后表面羟基磷灰石达到饱和，同时用衍射仪EDS能谱检测涂层中的Si、Ca元素含量没有发生变化，说明本发明中的陶瓷涂层即具有良好的生物活性和同时克服了直接微弧氧化钛基体表面微量元素易流失的缺点。

附图说明：

附图1是本产品中钛珠表面的结构示意图。

附图2是本产品中真空烧结多孔钛的结构示意图。