[发明专利]提高激光增材制造金属人工膝关节表面耐磨性的工艺方法

说明书

提高激光增材制造金属人工膝关节表面耐磨性的工艺方法，属于表面处理技术领域。包括以下步骤：1）、喷砂处理：对人工膝关节表面进行喷砂处理，表面粗糙度达到Ra3.2；2）、预热处理：人工膝关节加热至40~50℃，喷涂纳米氧化锆粉末加热至40~50℃；3）、喷涂：用氧化锆陶瓷粉末对喷涂面进行等离子喷涂。通过在人工膝关节表面喷涂纳米氧化锆颗粒，克服了传统膝关节耐磨性低和全陶瓷关节韧性差的固有缺陷。等离子喷涂后的陶瓷表面形成具有各向异性的层状结构，这种结构可使陶瓷层脆性断裂倾向大幅降低，喷涂后与其他结构匹配完好，不会影响膝关节固有的成型与活动状态，延长人工膝关节的使用寿命，减少患者的痛苦。

技术领域

提高激光增材制造金属人工膝关节表面耐磨性的工艺方法，属于表面处理技术领域。

背景技术

作为生物合金，钴铬钼合金具有优异的耐磨和抗腐蚀性能，较高的疲劳强度和良好的生物相容性等优势特点，但是传统工艺在加工制备复杂结构方面难度较大，很难实现患者个性化定制需求，而增材制造技术可以快速而精密地制造出任意复杂形状的零件，解决了生物CoCrMo在加工制备方面的困难，但这并不意味着解决了所有的问题，人工膝关节的工作环境复杂，在体液的腐蚀，人体内温度的变化，细胞的生长等共同作用下，膝关节的磨损性能下降，患者的痛苦增加，使用寿命减少。

关节面磨损产物对人体有毒，会造成不良的生理组织反应，并且合金在人体体液环境下发生离子析出后，析出的游离态的Co，Cr等离子积累一定量后有可能形成致癌物。而未来大有希望的陶瓷关节由于材料硬度高、韧性差造成加工困难且成本很高，更重要的是个性化造型困难，因此大规模临床应用面临严峻挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可提高激光增材制造金属人工膝关节表面耐磨性的方法，以延长人工膝关节的使用寿命，减少患者的痛苦。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该提高激光增材制造金属人工膝关节表面耐磨性的工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、喷砂处理：对人工膝关节表面进行喷砂处理，表面粗糙度达到 Ra3.2；

2）、预热处理：人工膝关节加热至40~50℃，喷涂纳米氧化锆粉末加热至40~50℃；

3）、喷涂：用氧化锆陶瓷粉末对喷涂面进行等离子喷涂。

优选的，步骤1）所述喷砂采用白刚玉46#，喷砂压力为0.45~0.55Mpa，喷距为200~300mm，喷砂面清洁度达到Sa2级。

优选的，步骤3）喷涂过程中人工膝关节一直保持加热。

优选的，所述人工膝关节为钴铬钼合金。

优选的，步骤3）喷涂的加速电压：65~75V，电流：610~630A，喷距：160~180mm，喷涂厚度：200~300μm。

优选的，所述纳米氧化锆粉末的粒径为100nm， 纯度≥99%。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、通过在人工膝关节表面喷涂纳米氧化锆颗粒，克服了传统膝关节耐磨性低和全陶瓷关节韧性差的固有缺陷。

2、等离子喷涂后的陶瓷表面形成具有各向异性的层状结构（包括层状间隙），这种结构可使陶瓷层脆性断裂倾向大幅降低，其提供的曲折“通道”也可最大限度降低腐蚀性介质的渗入和侵蚀，并且获得精确的涂层厚度和良好的表面质量，后续可直接采用精加工工序。

3、氧化锆陶瓷涂层薄且均匀的覆盖在人工膝关节关节面上，不改变关节面原有的曲率形态，喷涂后与其他结构匹配完好，不会影响膝关节固有的成型与活动状态。

4、氧化锆陶瓷涂层硬度高，磨损率低，对人工膝关节的使用寿命有显著提升，从而大大减少患者的痛苦，提高患者的生活质量。