[发明专利]一种可实现相结构和成分移植的羟基磷灰石涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可实现相结构和成分移植的羟基磷灰石涂层的冷喷制备方法技术领域，涉及一种可实现相结构和成分移植的羟基磷灰石涂层的冷喷制备方法，为制备搞生物活性涂层提供了可行的工艺方法。

背景技术

羟基磷灰石是用于制备移植体构件的表面生物涂层材料之一。除了良好的结合强度、生物相容性外，高的表面生物活性和内部生物稳定性是生物移植体构件所期望的性能之一。通常认为，纳米结构的羟基磷灰石具有较高的生物活性，而微米结构的羟基磷灰石具有较好的生物稳定性。因此制备表面纳米结构、内部微米结构的羟基磷灰石是获得表面高生物活性和芯部高生物稳定性生物陶瓷涂层的关键问题。常用于制备羟基磷灰石涂层的方法有等离子喷涂、激光熔覆等，虽然这些方法可以获得涂层的制备，但存在因过热而引起的羟基磷灰石分解和涂层中热应力导致的裂纹等；对于纳米羟基磷灰石，这种因热效应导致的相变和分解更加严重，难于制备无相分解的生物陶瓷涂层。

冷喷涂是基于粒子动能转换为粒子碰撞变形而实现沉积的工艺方法。具有粒子温度低，速度高，沉积过程粒子处于固态等特征，是沉积结构热敏感材料涂层的方法之一。然而，由于羟基磷灰石粒子有限的塑性和强度，如何通过粒子特性和沉积工艺调控粒子沉积特性，已达到在金属构件表面制备具有表面高生物活性和内部高生物稳定性的涂层是值得研究的理论问题和具有实用应用价值的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种适合制备高生物活性和高稳定性、可实现相结构和成分移植的羟基磷灰石涂层制备方法，以实现纳米结构和微米结构的羟基磷灰石涂层沉积。

为实现上述目的，本发明提供的可实现相结构和成分移植的羟基磷灰石涂层的冷喷制备方法，采用粒度为20-45μm微米的球形羟基磷灰石粉末，以氮气为加速气体和送粉气，加速气体压力为1.8-2.0MPa，加速气体的温度为300-600°C，送粉气体的压力为2.0-2.2MPa，送粉气温度为50-200°C，在基体上沉积一层羟基磷灰石涂层。

所述的冷喷制备方法，其中，喷涂距离3-10mm，喷枪移动速度为3-5mm/s。

所述的冷喷制备方法，其中，基体为不锈钢。

本发明与现有制备羟基磷灰石涂层的工艺相比，其有益的效果在于，由于采用了纳米结构的羟基磷灰石，其涂层的生物活性提高。通过送粉气和加速气体双预热，结合送粉气和加速气体的压力、温度调控，结合合理的喷涂距离和喷枪移动速度，抑制了由于热喷涂粒子过度加热导致的羟基磷灰石特别是纳米结构羟基磷灰石分解和有害相的生成，涂层具有良好生物活性和稳定性。

具体实施方式

本发明采取的技术方案，包括粉末的结构、粒度和密度及冷喷沉积工艺。选用纳米结构和微米结构的羟基磷灰石球形粒子粉末，粒子尺寸为20-45μm。为了抑制因热效应引起的沉积过程成分和相结构演化，通过控制冷喷涂加速气体和送粉气体压力和温度、喷涂距离和喷枪移动速度，加速气体和送粉气体均为氮气（N₂），加速气体和送粉气体压力分别为：1.8-2.0MPa和2.0-2.2MPa；加速气体和送粉气体温度分别为：300-600°C和50-300°C；喷涂距离为3-10mm，喷枪移动速度为3-5mm/s，基体为不锈钢316L，实现表面纳米结构内部微米结构羟基磷灰石涂层的制备。

以下依照本发明的技术方案作出具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于这些实例。

实施例1

选用微米结构的羟基磷灰石粉末，粉末的粒度为20-45μm，粒子形状为球形。采用CS-2000型冷喷涂系统制备涂层，以氮气为加速气体和送粉气，压力2.0MPa和2.2MPa，采用送粉气和加速气体双预热，送粉气温度为200°C，加速气体温度500°C，喷涂距离为5mm，喷枪移动速度为5mm/s；在316基体（不锈钢316L）上沉积一层厚度约200μm左右的致密微米羟基磷灰石涂层。

实施例2

选用纳米结构的羟基磷灰石粉末，粉末的粒度为20-45μm，粒子形状为球形。采用CS-2000型冷喷涂系统制备涂层，以氮气为加速气体和送粉气，压力2.0MPa和2.2MPa，采用送粉气和加速气体双预热，送粉气温度为150°C，加速气体温度400°C，喷涂距离为5mm，喷枪移动速度为3mm/s，在316基体上沉积一层厚度约50-100μm的致密纳米羟基磷灰石涂层，经X-Ray分析表明，涂层的相结构和组织结构与原始粉末相同。