[发明专利]交流脉冲电化学法合成羟基磷灰石-氧化钛复合涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在医用生物材料表面通过交流脉冲电化学法合成羟基磷灰石-氧化钛复合涂层的制备方法，尤其涉及适用于人体骨损伤修复的生物金属材料表面涂层的制备。

背景技术

由于钛合金具有优异的耐蚀性能，力学性能也与骨相似，被广泛应用于外科植入体中。但钛合金的血液相容性较差，不能与骨形成化学键合，难以促进骨的生长，因此对其表面改性具有极其重要的意义。表面改性材料中，磷酸钙系列陶瓷涂层具有良好的生物相容性和生物活性，已经成功地被应用于临床，尤其是羟基磷灰石(HA)备受关注。但HA涂层由于涂层和基体材料性质差异较大，存在结合强度低易脱落等问题，难以完全满足临床应用的需要。因此本发明将氧化钛与HA结合一体，采用交流脉冲电合成方法制备复合涂层，以得到良好的力学性能和合适的生物性能。

在交流脉冲电合成过程中，通过扫描电化学方法考察其主要工作原理为：电位为负向时，在极短时间内钛合金表面电流较大位置处形成HA涂层；电位周期性转变为正向时，合金表面未形成初始涂层位置生成氧化钛涂层。电位周期转变后，钛合金表面形成HA和氧化钛弥散分布的复合涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在医用金属材料表面通过交流脉冲电化学法合成羟基磷灰石-氧化钛复合涂层的方法，该方法旨在得到具有致密均匀HA-氧化钛复合涂层。具体包括如下步骤：

①以钙盐、磷酸二氢盐、去离子水配置电解液，316L不锈钢电极为辅助电极，生物医用金属为工作电极，在电解槽中采用两电极体系进行电化学法合成；

所述电化学法合成的参数为：交流脉冲电位为110V，频率700Hz，占空比为30％，正向脉冲宽度70％，负向脉冲宽度50％，反应时间为20～30min。

②将步骤①制备的生物医用金属复合材料置于装有100mL 0.001mol/LNaOH溶液的高压釜中，120℃～160℃下反应4～8h，得到具有羟基磷灰石-氧化钛复合涂层的生物医用金属。

步骤①所述电解液中，钙离子浓度为0.042mol/L，磷酸二氢根浓度是0.025mol/L。

优选地，本发明所述钙盐为CaCl₂或Ca(NO₃)₂；所述磷酸二氢盐为NaH₂PO₄或NH₄H₂PO₄。

优选地，本发明所述生物医用金属为Ti6Al4V合金或TiNi合金；本发明中生物医用金属需经乙醇、丙酮超声清洗，吹干后再作为工作电极进行反应。

与现有技术相比，本发明的有益效果：合成过程简单易行，所得复合涂层为HA与TiO₂弥散分布的单一涂层，Ca/P比为1.671，复合涂层与基体间的结合力有很大提高，对复合材料的力学性能及生物相容性都有很好的改进。

附图说明

图1本发明实施例HA-氧化钛复合涂层的XRD谱图。

图2本发明实施例HA-氧化钛复合涂层的SEM光谱图。

图3本发明实施例HA-氧化钛复合涂层横截面的EPMA照片。

具体实施方式

下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

生物医用金属预处理步骤如下：Ti6Al4V合金用水磨砂纸逐级打磨至600#，再在乙醇和丙酮中分别超声清洗10min，冷风吹干。

实施例1

①与处理后的Ti6Al4V合金作为工作电极，316L不锈钢电极为辅助电极；以Ca(NO₃)₂、NaH₂PO₄和去离子水配置电解液，电解液中Ca(NO₃)₂浓度为0.042mol/L，NaH₂PO₄浓度为0.025mol/L，搅拌均匀；

②将①中配制的电解液放入电解槽中进行电沉积，相关参数为：交流脉冲电位为110V，频率700Hz，占空比为30％，正向脉冲宽度70％，负向脉冲宽度50％，反应时间为20min。

③将②中制得的复合材料置于装有100mL 0.001mol/L NaOH溶液的高压釜中，140℃下反应6h，得到具有羟基磷灰石-氧化钛复合涂层生物医用金属。