[发明专利]一种钛合金涂层材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钛合金涂层材料及其制备方法和应用，属于医用钛合金材料表面改性领域。本发明通过对钛合金的阳极氧化，形成了一层致密的TiO₂氧化膜，在TiO₂氧化膜上通过磁控溅射制备一层钽涂层，不仅隔绝了钛合金中铝钒元素对人体的影响，而且，提高了其力学性能。实施例的结果表明，通过对比医用钛合金、钛合金表面附有氧化膜和本发明提供的钛合金涂层材料的耐腐蚀性和结合力，可知本发明提供的钛合金涂层材料的耐腐蚀性和结合力均有提高，有助于解决目前骨植入材料生物活性差、耐腐蚀性不足的问题。

技术领域

本发明涉及医用钛合金材料表面改性技术领域，尤其涉及一种钛合金涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

钛及其合金(如Ti6Al4V)由于其良好的力学性能及生物性能广泛应用于人体植入材料。尽管钛合金植入体作为承受载荷的关键材料，具有与人体骨匹配的力学相容性，然而，其表面性能仍不能完全适应人体复杂的生理环境。一方面，钛合金植入体作为生物惰性材料，不能与人骨形成强有力的生化结合，只能与组织间形成机械结合，植入体内后，被一层纤维组织所包裹，与周围的骨组织隔离，易造成结合强度不足，手术后创口不易愈合等问题。另一方面，由于Ti6Al4V中含有Al和V元素，长期在体液中，Al和V会溶解出来，可能会导致毒副作用以致植入失效。

研究发现钛合金氧化膜由于具有高表面能和中空结构等特殊性质，能够有效诱导其它纳米结构的形成，如CaTiO₃纳米晶和纳米级羟基磷灰石，能够提高骨整合能力。钛合金表面的纳米氧化层结构由于高的表面能及特殊的结构性质，能有效促进骨类物质的生长，但由于钛合金氧化膜和细胞膜带负电荷，细胞粘附受到限制，进一步影响了细胞的增殖和分化，存在生物活性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛合金涂层材料及其制备方法和应用。本发明提供的钛合金涂层材料生物活性好，耐腐蚀性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种钛合金涂层材料，依次包括医用钛合金基体、TiO₂氧化膜和钽涂层。

优选地，所述医用钛合金基体为Ti6Al4V合金。

优选地，所述钽涂层的厚度为10～20μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的钛合金涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

将医用钛合金表面进行抛光处理，得到抛光钛合金；

将所述抛光钛合金的表面进行氧化，形成TiO₂氧化膜；

在所述TiO₂氧化膜表面进行磁控溅射，得到所述的钛合金涂层材料。

优选地，所述抛光处理为将所述医用钛合金采用180#～2000#的耐水砂纸逐级依次打磨，打磨完成后利用抛光液进行化学抛光最后用去离子水冲洗表面，所述抛光液含有3～5wt％HF和30～40wt％HNO₃。

优选地，所述氧化为阳极氧化，所述阳极氧化的电压为80～100V，所述阳极氧化的电解液包括：硅酸钠2～5g/L、六偏磷酸钠10～15g/L、氢氧化钠10～15g/L和酒石酸钠6～10g/L，所述阳极氧化的时间为30～60min。

优选地，所述磁控溅射的参数包括：靶材为钽板，靶基距为30～70mm，工作气体为氩气，溅射功率为100～200W，占空比为60～90％，溅射频率为40～60kHz。

优选地，所述钽板的纯度为99.99％。

优选地，所述磁控溅射在高功率脉冲磁控溅射仪中进行。