[发明专利]一种生物医用金属表面多层涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物医用金属表面多层涂层及其制备方法，以生物医用金属为基体，采用陶瓷靶材和金属靶材经预处理、过渡层沉积、中间层沉积、功能层沉积的步骤制备而成。本发明制备的涂层表面结构致密，无裂纹、微孔等缺陷，结合强度高。

技术领域

本发明涉及生物医用金属表面涂层技术领域，更具体地，涉及一种生物医用金属表面多层涂层及其制备方法。

背景技术

金属材料具有拉伸及压缩强度高；耐冲击性及延展性好；成形加工性能好，性能稳定，可靠性高的优点，广泛应用于生物医学工程领域，并成为医用植入体的首选材料。但是，临床研究发现，服役期间的金属植入体会被体液腐蚀，并释放有毒、副作用的铝、钒等金属离子；另外，当植入体与宿主硬组织之间存在相对运动时，植入体会发生微动磨损，产生的金属微粒向周围组织扩散，从而诱发人体产生炎症、过敏和中毒等反应，严重时导致植入手术失败。

为了提高金属植入体的生物相容性和耐腐蚀性能，通常采用物理气相沉积等技术在金属植入体表面制备涂层，对其进行表面改性。然而，由于涂层材料与金属基体在弹性模量、热膨胀性系数等性能参数上相差较大，导致涂层在金属表面的附着性能差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种生物医用金属表面多层涂层，通过在涂层与基体之间添加过渡层和中间层，降低界面应力，有效提高膜基结合强度。

本发明的另一目的在于提供上述生物医用金属表面多层涂层的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种生物医用金属表面多层涂层的制备方法，所述涂层从外至里依次为陶瓷/陶瓷-金属/金属多层涂层。

进一步地，所述生物医用金属为钛或钛合金，所述多层涂层中金属为Ti，所述涂层从外至里依次为陶瓷/陶瓷-Ti/ Ti多层涂层。

进一步地，所述生物医用金属为镁或镁合金，所述多层涂层中金属为Mg，所述涂层从外至里依次为陶瓷/陶瓷-Mg/ Mg多层涂层。

一种生物医用金属表面多层涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1.预处理：对生物医用金属、陶瓷靶材和金属靶材分别进行预处理；

S2.过渡层沉积：以生物医用金属为基体，以金属靶材作为溅射原材料，采用直流溅射、射频溅射或中频溅射制备一层金属涂层作为过渡层；

S3.中间层沉积：以金属靶材和陶瓷靶材作为溅射原材料，采用直流溅射、射频溅射或中频溅射得到金属，同时采用射频溅射得到陶瓷，在过渡层上制备一层陶瓷-金属复合涂层作为中间层；

S4.功能层沉积：以陶瓷靶材作为溅射原材料，采用射频溅射在中间层上制备一层陶瓷涂层作为功能层，得陶瓷/陶瓷-金属/金属多层涂层；

其中，步骤S1中所述预处理过程为：对基体进行打磨、精抛、超声清洗、烘干，然后将基体和靶材装入磁控溅射镀膜机，采用等离子体清洗基体和靶材。

进一步地，步骤S2中所述金属靶材的溅射时间为2~30min。

进一步地，步骤S2中所述金属靶材的溅射功率为50~300W。

进一步地，步骤S3中所述金属靶材的溅射功率为50~300W，所述陶瓷靶材的溅射功率为50~350W。

进一步地，步骤S3中所述金属靶材和陶瓷靶材的溅射时间为10~180min，所述金属靶材和陶瓷靶材的溅射时间相同。

进一步地，步骤S4中所述陶瓷靶材的溅射时间为60~600min，所述陶瓷靶材的溅射功率为50~350W。

进一步地，步骤S2~S4中所述磁控溅射过程中的溅射气体为氩气，氩气流量为12~32sccm。