[发明专利]一种具有球面特征阵列微结构的金属基体及其构建方法

说明书

本发明公开了一种具有球面特征阵列微结构的金属基体及其构建方法，1)以金属材料为基体，先对试样进行预先热处理：在混合溶液中清洗以去除氧化皮，随后用蒸馏水冲洗，烘干备用；2)在金属基体材料表面均匀涂覆一层钎料；3)在涂覆一层钎料的金属材料表面覆盖上金属模板，该模板上有着一定阵列的孔隙排布，随后将与基体相应材质的金属微珠依次放入金属模板空隙中；4)缓慢取出金属模板，利用钎焊技术，在高真空度和合适的焊接温度下，将金属微珠焊接至金属基体材料表面，形成完整均匀的具有球面特征的微结构。该处理工艺简单，制作成本低，易于规模化生产，所得到的结构与基体具有较高的附着力，在生物医用植入体方面有着重要的应用价值。

技术领域

本发明属于金属基体表面处理技术领域，特别涉及一种使金属表面具有球面特征阵列微结构的金属基体及其构建方法。本发明所构建的具有球面特征阵列微结构金属表面对促进金属基体在生物医用、航空航天、船舶等领域的应用有着重要的实践意义。

背景技术

天然骨组织由近致密的密质骨和多孔的松质骨组成，表面包含微米、亚微米和纳米等多级结构^[1]。基于仿生学原理，具有微纳米结构的植入体表面比光滑表面更接近于天然骨组织的表面结构，也更有利于骨细胞的分化及骨整合^[2-3]。此外，有研究表明，微纳米结构化的表面能够提高材料表面的亲水性，促进细胞的粘附、增殖和矿化等，而植入生物活性离子后与微纳结构表面产生了协同效应，能进一步增加其生物相容性。鉴于以上优势，表面具有微纳米结构的植入体金属是目前人们的研究热点，也有着较为广泛的应用前景。

常用的生物医用金属有钛合金、镁合金、钴基合金等，其中钛合金的应用已较为成熟且广泛，本发明有针对性地对上述常用的生物医用金属合金材料进行表面微结构的设计与构筑。在已公开报道的专利中，常用的钛合金表面处理方法有喷砂、酸蚀、碱热、阳极氧化等。然而，这些方法构建的表面微结构具有一定的不均匀性，其表面微结构均具有大量的棱角特征，易导致在植入体局部产生应力集中现象，从而导致植入体与体内细胞的结合强度下降，生物排斥现象明显等后果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在金属基体表面制备球面特征阵列微结构的金属基体及其构建方法，以解决光滑表面不利于骨细胞的粘附、增殖、分化及骨整合的问题。

一种具有球面特征阵列微结构的金属基体的构建方法，包括以下步骤：

1)以金属材料为基体，先对试样进行预先热处理：在混合溶液中清洗以去除氧化皮，随后用蒸馏水冲洗，烘干备用；

2)在金属基体材料表面均匀涂覆一层钎料；

3)在涂覆一层钎料的金属材料表面覆盖上金属模板，该模板上有着一定阵列的孔隙排布，随后将与基体相应材质的金属微珠依次放入金属模板空隙中；

4)缓慢取出金属模板，利用钎焊技术，在高真空度和合适的焊接温度下，将金属微珠焊接至金属基体材料表面，形成完整均匀的具有球面特征的微结构。

所述的构建方法，步骤1)中，金属基体材料为钛合金、镁合金、钴基合金、铝合金、不锈钢。

所述的构建方法，步骤2)中，所使用的钎料为Ag72Cu银基钎料、Ti-Zr-Ni-Cu钛基钎料等常规钎料。

所述的构建方法，步骤3)中，微珠直径为(0.1-1.0mm，优选为0.5mm，微珠之间的空隙为可设置为0.1-0.8mm，金属模板材料使用不锈钢、钛合金。

所述的构建方法，步骤4)中，焊接温度在800～890℃，保温时间5～30min,升温速率5～10℃/min。