[发明专利]一种表面改性涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种表面改性涂层及其制备方法和应用，该涂层由内至外包括内层的多孔Ti涂层和外层的Ta‑O层；该涂层的制备方法包括：以钛粉为原料，采用等离子喷涂在基材表面制备多孔结构的钛涂层；以Ta为靶材，并通过氧气，采用离子束溅射镀膜法在多孔钛涂层表面制备Ta‑O涂层。本发明的涂层可用于制备硬组织的修复与替换材料。本发明的涂层兼具良好耐磨、抗蚀性能及低弹性模量，且与基体材料结合紧密、应力小。

技术领域

本发明涉及医用材料涂层技术领域，尤其涉及一种表面改性涂层及其制备方法和应用。

背景技术

医用金属材料，如钛、不锈钢、或钴铬钼合金，因其具有优异的机械性能和良好的生物相容性，钛材植入体被广泛地用于骨、关节和牙齿等硬组织的修复与替换。尽管这些金属材料能在空气中自发氧化形成相应的保护层从而具有良好的抗腐蚀性能，但在人体复杂的生理侵蚀环境中，仅有几纳米厚的氧化层极易受力脱落，而人体内的低氧环境限制了受损氧化层的重新形成。上述问题在植入体细菌感染或炎症反应的情况下尤其严重，这是由于细菌感染以及炎症反应会引起植入体表面的局部酸化，加剧腐蚀过程。因而，对上述材料表面改性提升其耐腐蚀性能具有重大研究意义。适宜的表面改性不仅可保留医用金属材料优良的机械性能，还可根据实际应用需求赋予其相应的表面特性，如耐腐蚀性、耐磨性、生物相容性以及抗菌性等。

现有的医用材料如钛、不锈钢、或钴铬钼合金，当作为骨植入材料时，还存在如下缺陷：耐磨性能较差；在体内依旧有一定的离子溶出，容易造成人体的炎症反应从而导致植入失效，因此其抗蚀性还有待进一步改善；缺乏生物活性，早期成骨性能较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种兼具良好耐磨、抗蚀性能及低弹性模量，且与基体材料结合紧密、应力小的表面改性层。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种表面改性涂层，所述涂层由内至外包括内层的多孔Ti涂层和外层的Ta-O层。

上述的表面改性涂层，优选地，所述多孔Ti涂层厚度为100～500μm；所述Ta-O层厚度为1～3μm；所述Ta-O层中，Ta与O的原子比为0.1～2.5。

上述的表面改性涂层，优选地，按质量比计，所述Ta-O层包括至少3wt.％的Ta₂O₅。

上述的表面改性涂层，优选地，所述Ta-O层还包括Ta单质和Ta的亚稳相氧化物；所述多孔Ti涂层的孔隙率为15％～20％。

上述的表面改性涂层，优选地，所述涂层覆盖于基材上，所述基材为医用金属材料；所述金属材料为钛、不锈钢、或钴铬钼合金。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种表面改性涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1、以钛粉为原料，采用等离子喷涂在基材表面制备多孔结构的钛涂层；

S2、以Ta为靶材，并通过氧气作为反应气体，采用离子束溅射镀膜法在多孔钛涂层表面制备Ta-O层。

上述的表面改性涂层的制备方法，优选地，所述步骤S1中，所述钛粉直径为100～200μm；所得钛涂层的厚度为100～500μm；所述基体为医用金属材料；所述金属材料为钛、不锈钢、或钴铬钼合金。

上述的表面改性涂层的制备方法，优选地，所述步骤S1中，所述等离子喷涂的工艺条件为：真空度为90～120mbar，工作气体Ar流量为35～55slpm，H₂流量为7～20slpm，喷涂功率为35～60kW，涂距离为250～300mm，喷涂功率30～60kW，送粉速率为30～50g/min。