[发明专利]一种镍钛合金的生物活性涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍钛合金的涂层制备方法，尤其涉及一种镍钛合金的生物活性涂层制备方法。

背景技术

NiTi合金是近等原子比(50.8%的镍原子与49.2%的钛原子)的金属间化合物。当处于马氏体状态时，进行一定限度的变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时，材料就能完全恢复到变形前的形状和体积形状，即具有记忆效应。具有记忆效应的合金的应变量可达到原来形状的百分之几甚至百分之十几，应力去除后，仍能恢复到原来的形状,这种现象称为超弹性，它是具有记忆效应的合金的另一重要特性。

NiTi合金因其优良的机械性能、耐蚀性和一定的生物活性而被广泛用作生物医用材料。但由于NiTi合金成分与人体组织截然不同，作为硬组织植入物时，它们与骨之间只是一种机械嵌连的骨整合，而非化学骨性结合，导致植入材料与骨组织之间结合较差，常引起植入失效。羟基磷灰石(简称HA，化学式为Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)是一种具有代表性的生物活性陶瓷，它由氢氧化钙(Ca(OH)₂)和磷酸三钙的复盐组成，化学成分与生物骨组织中的磷酸钙无机物相似，能与骨组织形成强的化学连接，组织细胞易于在其表面生长，被认为是目前生物相容性最好的生物陶瓷之一。因此，在NiTi合金基体上制备HA生物陶瓷涂层可以将生物陶瓷的稳定性、良好的生物活性和金属的高强度、良好韧性结合在一起。

目前，在硬质合金上制备HA生物陶瓷涂层的方法主要有等离子喷涂、电泳沉积、化学沉积、离子注入等多种方法，等离子喷涂由于其操作简便，成为现今制备HA涂层使用较为普遍的一种方法。但是，利用等离子喷涂制备HA涂层，由于工艺参数不易控制，很难控制结晶化程度、相组成及其形态，其结合强度不高，涂层中存在裂纹、孔洞和不纯净相。这都会导致涂层的脱落和植入后涂层表面的溶解，降低其生物活性从而减少其使用寿命。为了提高涂层与基体的结合强度，一些研究者事先对被覆合金表面进行喷砂处理，但研究结果表明表面粗糙度的提高并不能改善HA涂层与基材的结合强度。此外，该方法是一高温过程，将导致涂层在界面处氧化，从而进一步降低涂层与基体的结合强度。

自1992年起，脉冲激光沉积技术(PLD)已被报道用于HA涂层的制备。研究表明，PLD制备的HA涂层较等离子喷涂HA涂层具有孔洞和裂纹少、纯净度高、涂层的厚度和相组织易于控制等优点；但也存在涂层与基体界面结合力较差的问题。

可见，目前涂层界面结合状况差，涂层结晶度低、组织粗大以及HA的分解严重等问题，会导致涂层脱落和植入后涂层表面的溶解，并导致生物活性的降低，从而降低其使用寿命。因此，在NiTi合金表面获得高致密度、高结晶度、低溶解度，且与基材具有优良界面结合特性的HA涂层，对促进NITi合金及HA在人体植入体的应用，提高人体植入体的使用寿命，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍钛合金的生物活性涂层制备方法。本发明制得的涂层不仅具有较好的耐磨、耐腐蚀性能，同时还具有较好的结合强度。

本发明所提供的镍钛合金的生物活性涂层制备方法，包括如下步骤：

(1)将镍钛合金进行激光气体氮化；

(2)经步骤(1)处理后的样品打磨，清洗；

(3)经步骤(2)处理后的样品超声清洗，然后侵蚀；

(4)利用等离子喷涂在经步骤(3)处理后的样品表面制备羟基磷灰石。

作为优选技术方案本发明提供的涂层制备方法，步骤(1)所述的激光气体氮化的工艺条件为：激光功率为500-700w，例如为550w、580w、630w、650w、690w等，光束直径为2-4mm，例如为2.2mm、2.5mm、2.8mm、3.1mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm等，扫描速率为4-6mm/s，例如为4.2mm/s、4.5mm/s、4.8mm/s、5.1mm/s、5.4mm/s、5.7mm/s、5.9mm/s等，气体流速为40-50L/min，例如为42L/min、44L/min、46L/min、48L/min、49L/min等。

作为优选技术方案本发明提供的涂层制备方法，所述的激光气体氮化的工艺条件为：激光功率为600w，光束直径为2mm，扫描速率为4mm/s，气体流速为40L/min。