[发明专利]一种钛基体表面的抗菌耐磨涂层及制备方法

说明书

本发明提供一种钛基体表面的抗菌耐磨涂层及制备方法。该涂层由钛基体、位于钛基体表面的微弧氧化层，以及位于微弧氧化层表面的(Ag:N)‑DLC层组成。本发明采用结合微弧氧化技术和混合离子束磁控溅射沉积技术制得该涂层，有效实现了对钛基体的防护性能与生物性能的协同改善，能够大幅度延长钛基植入材料在人体内的使用寿命，并减少并发症的发生。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，尤其涉及一种钛基体表面的抗菌耐磨涂层及制备方法。

背景技术

钛及其合金具有良好的生物相容性、高比强度、无毒性和优异的腐蚀性，可作为优良的硬组织植入材料，在生物医学领域，如人工关节、骨钉和牙科植入物中得到广泛应用。然而，这些材料植入人体后需要较长时间重建骨组织的结构和功能，在此期间，植入材料耐磨性能不足会导致磨屑的产生，并引发一系列的炎症，使患者承受很大痛苦，甚至面临二次手术的痛苦。因此，提高钛及其合金的耐磨性能和抗菌性尤为重要。

目前，用于提高钛及钛合金耐磨性能的表面改性方法有很多，如热喷涂、酸蚀和碱蚀、等离子喷涂，阳极氧化和微弧氧化(MAO)。其中，微弧氧化(Microarc oxidation，简称MAO)又称等离子体电解氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛等金属及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。微弧氧化是一种简单、有效、经济的表面强化技术，可以在基材上直接生长陶瓷层，包括致密的内层和粗糙的多孔外层，与基材形成冶金结合；同时，微弧氧化的多孔结构可以保证涂层具有更好的生物相容性，促进成骨细胞的贴附增值，因此被广泛研究。然而，微弧氧化涂层的外层粗糙多孔，在摩擦过程中表现为较高的摩擦系数，不利于涂层在人体内的耐磨损性。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种钛基体表面的抗菌耐磨涂层，其具有优异的摩擦磨损性能以及抗菌性能，可实现钛基体表面防护性能和生物性能的协同改善。

本发明所采用的技术方案为：一种钛基体表面的抗菌耐磨涂层，如图1所示：由Ti基体1、位于Ti基体表面的微弧氧化层2，以及位于微弧氧化层表面的掺杂Ag元素与N元素的DLC层3组成，掺杂Ag元素与N元素的DLC层简称(Ag:N)-DLC层。

所述的微弧氧化层是指采用微弧氧化技术在Ti基体表面得到的陶瓷层。所述陶瓷层由靠近Ti基体的致密内层4与靠近(Ag:N)-DLC层的多孔外层5组成。

所述的(Ag:N)-DLC层是以非晶碳网络结构为骨架，非晶碳为sp³杂化相和sp²杂化相，其中掺杂的Ag元素呈金属颗粒，掺杂的N元素以N-C键或N＝C键结合的方式固溶于非晶碳网络结构中。

所述的钛基体材料包括纯钛及钛合金。

作为优选，所述的(Ag:N)-DLC层中，掺杂的Ag元素占20at.％～40at.％。

作为优选，所述的(Ag:N)-DLC层中，掺杂的N元素占3at.％～10at.％。

作为优选，所述的微弧氧化层中，多孔外层中的孔径范围为200nm～2μm。

作为优选，所述的(Ag:N)-DLC层的厚度为300nm～1μm。

本发明还提供一种制备上述钛基体表面的抗菌耐磨涂层的方法，包括以下步骤：

步骤1：利用微弧氧化技术在清洗后的钛基体表面制备微弧氧化层；

步骤2：将步骤1得到的表面是微弧氧化层的钛基体置于真空镀膜腔室，通入C₂H₂与N₂，Ag靶作为溅射靶，采用离子源复合磁控溅射的方法制备(Ag:N)-DLC涂层。

所述的步骤(1)中，钛基体的清洗包括但不限于机械抛光、超声清洗、酒精擦拭等中的一种或者几种。