[发明专利]在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法

说明书

本发明涉及表面处理技术领域，具体为一种在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法。首先通过电子束熔融金属成型工艺制备出孔隙率30％～80％的医用多孔钛或钛合金，并对其表面进行预处理；然后进行阳极氧化，在基体上生成TiO₂基氧化层；最后通过热处理，使非晶型氧化膜晶化，同时保持纳米管的完整性。纳米管氧化层的特殊结构可以搭载药物，达到药物控释的作用。而且，纳米管氧化层具有相当大的比表面积，可以增加纳米管与人体骨组织间的接触机会，利于骨组织的增殖，增加合金表面的生物活性。因此，本发明生成的纳米管氧化膜将进一步改善医用多孔钛或钛合金的在生物医疗领域的应用。

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，具体为一种通过阳极氧化的方法在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法。

背景技术

近年来，钛及钛合金由于具有优异的生物相容性、高比强度、良好的耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性和骨整合性而作为植入体材料广泛应用于医疗领域。其中，出色的耐蚀性和骨整合性主要是源自钛合金表面覆盖的一层氧化膜，而钛合金自发形成的氧化层非常薄，通常只有几个纳米厚。所以，为了进一步提高钛合金的生物活性，常采用一些表面处理的方法在钛合金表面制备涂层，如：等离子喷涂、电化学蚀刻、喷砂等方法，然而这些方法制备的涂层在材料/涂层界面仍存在涂层松动及脆性破裂的风险。为了解决这些问题，考虑在钛合金基体上共格生长TiO₂基纳米管氧化层，相对于模板法和水热法，阳极氧化方法因其简单直接而被广泛使用，该方法不仅设备简易，而且可以增加材料表面耐磨性，形成的膜稳定性好，同时有效提高材料的生物活性和骨整合性。

TiO₂纳米管阵列氧化层，相对于致密的氧化层，具有相当大的比表面积，可以增加纳米管与组织间的接触机会，利于细胞的吸附于增殖，利于骨组织的长入。而且装载一定药物的纳米管可以降低细菌的黏附，提高成骨细胞的分化。若在这种特殊结构的纳米管中装入药物，达到药物控释的作用，将会大大增加具有纳米管氧化膜的医用钛合金在医疗上的应用潜力。

与致密块体钛合金相比，多孔钛及钛合金因较低弹性模量，可有效避免“应力屏蔽”效应，并且多孔材料内部存在的大量孔隙更有利于周围细胞的长入和新骨的生长、治疗药物的输送、营养交换等，从而促进植入物与人体自然骨组织的重建以及生物整合和均匀化过程，延长植入体在人体内的寿命。传统的制备多孔金属材料的方法主要有粉末冶金压制法和浆料发泡法，所得到的材料中孔隙分布随机，且多数彼此孤立并不连通。因此，对于增强物质交换和提高骨整合性，其效果并不理想。最近，电子束熔化金属快速成型技术(Electron Beam Melting，简称EBM技术)被应用于钛合金多孔材料的制备，这种办法可实现对孔径、孔隙结构的精确控制，且孔隙相互连接贯通，极大程度提高了材料的生物相容性能，也为实现多孔金属材料的精确可控加工制备提供了可靠的技术手段。

因此，在医用多孔钛合金表面制备出具有直径厚度均可调控的纳米管氧化膜，既从材料结构上改善，又对表面性质加以改良，大幅提高钛合金的生物活性，从多个方面促进其在医疗上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、成本低廉的在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管氧化膜的方法，此发明所用设备简易，操作简单，不受基材形状的限制，可根据实际需要通过调整参数制备出不同直径和厚度的均匀、整齐的纳米管阵列氧化膜。

本发明的技术方案是：

一种在医用多孔钛或钛合金表面生成纳米管阵列氧化膜的方法，医用多孔钛或钛合金是以纯Ti、Ti-6Al-4V或Ti-24Nb-4Zr-8Sn(Ti2448)粉末为原料，采用电子束熔融金属成型技术制备医用多孔钛或钛合金材料；该方法包括对医用多孔钛或钛合金表面进行预处理，进行阳极氧化和后续热处理三个方面，具体步骤如下：

(1)预处理：对医用多孔钛或钛合金表面用砂纸逐级打磨后，清洗干净，吹干备用；