[发明专利]一种医用金属钛或钛合金表面复合防腐涂层及制备方法

说明书

本发明提供了一种医用金属钛或钛合金表面复合防腐涂层及制备方法，复合防腐涂层由高度有序的二氧化钛纳米管阵列层和花菜状聚苯胺薄膜层组成，所述二氧化钛纳米管孔径为50‑200 nm，厚度为1‑50μm，聚苯胺层厚度为0.5‑6μm。本发明的制备方法简单、工艺流程短，重复性好，可操作性强。本发明所述的聚苯胺/二氧化钛复合防腐涂层中，二氧化钛纳米管原位生长于基底金属表面，降低金属钛或钛合金表面的弹性模量及硬度，减小因热膨胀系数差异造成的残余应力，提高涂层与金属间的结合强度，同时由于二氧化钛和聚苯胺的协同防腐作用，使得覆盖有复合涂层的基底金属的腐蚀电位正移，腐蚀电流密度降低，呈现出良好的防腐性能。

技术领域

本发明涉及金属腐蚀与防护领域，具体涉及一种医用金属钛或钛合金表面复合防腐涂层及制备方法。

背景技术

医用金属材料是一类可植入生物体内，用于诊断、治疗或替代体内器官、组织或增强其功能的惰性金属材料。钛及钛合金材料是目前应用最多的植入金属，具有密度小、比强度高、与骨相近似的弹性模量等优异的机械性能，并且无毒性、良好的生物相容性、耐腐蚀性和抗疲劳性能明显优于其他医用金属（不锈钢、钴基合金以及镁合金等），因而在临床上得到了越来越广泛的应用，如修补各类骨缺失、人工关节、牙种植体以及作为骨固定用板、钉、螺丝等材料。

然而，人体体液是一种含有有机酸、碱金属或碱土金属离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺）、Cl^－离子等构成的恒温（37℃）电解质溶液。钛及钛合金植入物与人体体液直接接触并且长期浸泡在体内，易引发多种化学反应。此外，人体内存在的一些蛋白质、酶和细胞也会加速化学反应的进行，最终导致了钛及钛合金植入物腐蚀。一方面，腐蚀过程中所释放的金属离子或其他化合物进入周围的组织甚至整个机体，由于与生物体相容性差，这些腐蚀产物会干扰正常人体生理过程，在体内产生过敏或者慢性中毒反应，对身体健康造成长期危害；另一方面，金属植入物的腐蚀对其机械性能也会造成巨大的影响，大大降低了金属的抗机械疲劳性能，从而缩短了植入金属的使用寿命。

为了解决这一问题，研究学者一直致力于改善医用金属材料的防腐蚀性能，并设计和开发了多种方法，其中金属表面构筑涂层成为了一种有效的解决途径。现有一些用于金属植入物的防腐技术被报道，例如专利104046951A报道了一种采用磁控溅射技术在医用钛合金表面制备镨掺杂氮化钛涂层的方法。专利104928615A提供了一种对钛合金(Ti-6Al-4V)表面采用La₂O₃调控碳化钛涂层制备的方法，通过等离子喷涂技术得到的复合涂层能够有效阻碍腐蚀介质渗透，对基底材料进行长期的保护。目前常用的金属表面涂层构筑方法，大都采用磁控溅射法、等离子喷涂法、溶胶凝胶法、液相沉积法等等，但是这些方法对设备要求高、制备过程复杂、工艺控制难度大、成本高，并且面临涂层与基底的结合力差、表面涂覆不均匀、易龟裂等问题。因此，开发了一种制备工艺简单并且与基底金属结合牢固的耐腐蚀涂层，对改善医用金属的性能并延长其使用寿命具有重要的应用价值。

发明内容

本发明提出一种医用金属钛或钛合金表面复合防腐涂层及制备方法，防腐涂层制备方法简单、工艺流程短、与基底金属钛或钛合金结合牢固且耐腐蚀性能优异。

实现本发明的技术方案是：

一种医用金属钛或钛合金表面复合防腐涂层，防腐涂层包括利用阳极氧化技术原位生长于金属钛或钛合金表面的二氧化钛纳米管层和通过光辅助电沉积法生成的聚苯胺层，聚苯胺层紧密覆盖在二氧化钛纳米管层上面。

所述聚苯胺层具有花菜状结构，表面呈毛绒状，并紧密地覆盖在二氧化钛纳米管层上面，部分嵌套入二氧化钛管内。

所述二氧化钛纳米管层呈高度有序的管状阵列结构，二氧化钛纳米管原位生长于金属钛或钛合金表面，与基底医用金属形成牢固的一体式结构，纳米管孔径为50-200 nm，厚度为1-50 μm；聚苯胺层厚度为0.5-6 μm。