[发明专利]用于钛合金基底的涂层

说明书

背景技术

由于DLC的硬度、耐磨性、低沉积温度(低于150℃)、生物相容性和摩擦特性(摩擦系数低于0.1)的独特组合，DLC理想地适合于各种领域的应用，包括摩损学、防腐和医疗设备。然而，在DLC作为硬涂层的应用中，与DLC的沉积相关联的高残余应力导致在高局部负载下的较差粘附强度、脆性断裂和脱层。参考图1A，例如，示出了沉积于钛-铝-铌(Ti6Al7Nb)基底102上的非梯度DLC涂层106的截面的二次电镜(“SEM”)图像。如图1中所示，非梯度DLC涂层106表现出对于它下方的变形的较差耐受性(“蛋壳效应”)，并且由于它的脆性和低断裂伸长率，产生了裂缝108。层107为用于增强沉积于钛-铝-铌(Ti6Al7Nb)基底102上的非梯度DLC涂层106周围的传导性的铂涂层。图1B示出了对比度经调节的图1A中所示SEM图像，该图像更好地示出了DLC涂层中的裂缝。裂缝108损害DLC涂层106的完整性并且由于产生硬的磨损碎片而导致经DLC涂覆的Ti6Al7Nb基底102(例如，脱层的假体)破坏。因此，需要更耐用的经涂覆金属基假体，这些假体能够表现出对于弹性和塑性变形二者的高耐受性，并且因此防止损害涂层和经涂覆假体的完整性的裂缝的形成。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种外科植入物。在一个实施例中，外科植入物包括金属基底。在一个实施例中，存在邻近金属基底设置的钽夹层。在一个实施例中，钽夹层包含α-钽和非晶态钽。在一个实施例中，外科植入物包括至少一个邻近钽夹层设置的DLC层。在一个实施例中，钽夹层在金属基底侧和DLC侧之间具有相位梯度。在一个实施例中，钽夹层在金属基底侧和DLC侧之间具有从β-钽到α-钽的相位梯度。在一个实施例中，钽夹层的非晶态钽具有从金属基底侧向DLC侧增加的结晶度梯度。在一个实施例中，DLC层具有硬度值和弹性模量值。在一个实施例中，DLC层的硬度值具有远离钽侧增加的梯度。在一个实施例中，DLC层的弹性模量值具有远离钽侧增加的梯度。

在一些实施例中，外科植入物的金属基底独立地包含钛、钛基合金、钴基合金或钢。在一些实施例中，外科植入物的钽夹层具有范围为1nm至2μm的厚度。

在一些实施例中，钽夹层独立地还包含元素或化合物，其中该元素或化合物促进α-钽的生长。在一些此类实施例中，元素独立地包括钛、铌、钨、及其组合。在其它此类实施例中，化合物独立地包括钛化合物、铌化合物、钨化合物、及其组合。

在一些实施例中，外科植入物的钽夹层还包含钽化合物纳米粒子。在一些实施例中，外科植入物的钽夹层为碳化钽和钽的纳米复合材料。在一些实施例中，外科植入物具有DLC层，该DLC层具有从12GPa增大到22GPa的硬度值梯度。在一些实施例中，外科植入物具有DLC层，该DLC层具有从120GPa增大到220GPa的弹性模量值梯度。在一些实施例中，外科植入物具有至少一个DLC层，该DLC层包括多个交替子层。在一个实施例中，多个交替子层包括DLC子层和掺杂DLC子层。在一个实施例中，掺杂DLC子层掺杂有金属。在一个实施例中，掺杂金属的DLC子层掺杂有钛。

在另一方面，本发明提供一种用于制造根据本发明的示例性外科植入物的方法。在一个实施例中，该方法包括将金属基底插入真空系统中。在一个实施例中，该方法包括通过范围为约-200伏特至约-2000伏特的RF自偏压下的Ar⁺轰击来清洁金属基底。在一个实施例中，通过-600伏特的RF自偏压下的Ar⁺轰击来清洁金属基底。

在一个实施例中，该方法包括在向基底施加电偏压的同时沉积钽夹层。在一个实施例中，偏压为RF自偏压。在一个实施例中，施加的RF自偏压的范围为-50伏特至-600伏特。在一个实施例中，施加的RF自偏压以预先确定的增量改变。在一个实施例中，施加的RF自偏压以范围为5伏特步阶至50伏特步阶的阶梯式增量改变。

在一个实施例中，该方法包括沉积DLC层。在一个实施例中，通过在第二指定RF自偏压下将烃引入到基底来沉积DLC层。在一个实施例中，通过在第二RF自偏压下引入烃来沉积DLC层，该第二RF自偏压以阶梯式增量从-50伏特变化到-600伏特。在一个实施例中，施加的第二RF自偏压以范围为5伏特步阶至50伏特步阶的阶梯式增量改变。在一个实施例中，通过引入具有范围为92g/mol至120g/mol的分子量的烃来沉积DLC层。在一个实施例中，通过引入烃来沉积DLC层，该烃独立地选自由以下项组成的组：甲苯、二甲苯、三甲基苯、及其组合。