[发明专利]一种TiNb合金的表面处理方法

说明书

本发明公开了一种TiNb合金的表面处理方法，该方法为：一、将TiNb合金片打磨光亮后超声除油，冲洗后自然风干；二、将硝酸银和硝酸钙溶解于双氧水溶液中，得到混合溶液；三、将混合溶液加入水热合成反应釜中，并放入风干的TiNb合金片，置于烘箱内水热反应；四、取出后冲洗，风干，得到表面覆着TiO₂薄膜的TiNb合金片。本发明方法在相对低的温度下即可实现，避免了传统热处理方法引起的钛合金基体力学性能的恶化问题。采用本发明方法制备得到的TiO₂薄膜材料具有良好的生物活性，可在模拟体液中快速诱导羟基磷灰石在其表面沉积。此外，单质Ag在TiO₂薄膜中均匀分布，赋予了该薄膜材料优异的抗菌能力。

技术领域

本发明属于纳米材料和生物材料技术领域，具体涉及一种TiNb合金的表面处理方法。

背景技术

TiNb合金是一种新型β钛合金，与纯钛相比，它具有与人体骨骼更为匹配的弹性模量，其在植入人体后可以显著减弱植入件与周围组织间存在的应力屏蔽效应。同时，该合金不含有任何对人体有毒副作用的元素，因而在临床介入治疗领域显示出良好的应用前景。尽管TiNb合金具有优异的综合力学性能，但与其他钛系合金一样，其本身仍然属于生物惰性材料。即TiNb合金表面自发形成的氧化膜是一层惰性的致密钝化层，其诱导磷酸盐沉积的能力极差，在与人体组织接触时，难于与骨组织形成化学键性结合。而植入体与骨组织建立在生物组织学上的直接结合(骨性结合)是植入体治疗的最终目标，也是植入体长期植入能否成功的先决条件。此外，还需要引起重视的另一个问题是，随着钛及其合金在临床上使用数量的增加，由周围炎症引起的植入体感染继而导致植入失效的案例也相应增多。因此，如何提高钛及其合金的生物活性，并对其在植入人体后可能发生的感染进行有效预防，借此来提高植入手术的成功率，越来越受生物医用材料和临床医学领域的重视。

在钛及其合金表面构筑活性的TiO₂薄膜作为过渡层，通过它们对体液的诱导来实现类骨组织羟基磷灰石的沉积，是改善钛及合金生物活性的有效手段。研究发现，二氧化钛诱导羟基磷灰石沉积的能力与二氧化钛的结晶性、膜层厚度、表面形貌、表面电荷及成分等多种因素相关(稀有金属材料与工程，2014,43(S1):123-126；2011,40(5):889-891；2017,46(9):2613-2617.)。而在提高钛及合金的抗菌活性方面，银因具有广谱的抗菌活性，耐久性好，对正常细胞的毒性较低，易于与多种材料复合等多项优点，而成为近年来对钛及其合金进行表面抗菌化处理的首选材料。围绕钛及合金的生物活性与抗菌能力的提升，科研工作者已经开展了较多的研究工作，也取得了较为丰硕的成果，但是存在的问题是：(1)人们对TiO₂抗菌性能和生物活性的关注通常只关注某一方面；(2)少量报道的兼具生物活性和抗菌活性的含Ag-TiO₂薄膜通常采用薄膜制备-载银“两步走”的策略，制备过程较为复杂(稀有金属材料与工程，2017，46(4):1020-1025)；(3)在钛及其合金基材上制备TiO₂薄膜以及后续沉积Ag所报道的多数方法，如溶胶-凝胶法、微弧氧化、电化学阳极氧化、浸渍-热分解硝酸银等都需要高温煅烧步骤，这势必会恶化钛及其合金基材的力学性能(材料导报，2016,30(8):1-4,14)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种制备方法简单，便于工业放大的TiNb合金的表面处理方法。采用本发明方法制备得到的二氧化钛薄膜材料由覆于基体的纳米片自组装而成，具有微米级的厚度、高比表面积和粗糙度，且在薄膜层中形成了Ti-O-Ca结构，有利于在体液中诱导羟基磷灰石在其表面沉积，具有良好的生物活性。同时，Ag在该TiO₂薄膜中均匀分布，赋予该薄膜材料优异的抗菌能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TiNb合金的表面处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：