[发明专利]一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法

说明书

本申请涉及一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法，附着性强，膜层均匀，并且成骨活性好；主要为：在钛或者钛合金表面采用热电化学氧化的方式原位生成第1梯度涂层，第1梯度涂层的为TiO₂；在第1梯度涂层表面采用射频等离子喷涂的方式形成第2梯度涂层，形成复合梯度涂层，第2梯度涂层的为HA‑ZrO₂；将步骤S2中获得的表面具有复合梯度涂层的钛或钛合金，进行高温热处理。

技术领域

本发明涉及热电化学氧化技术领域，具体的，本发明涉及一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法。

背景技术

近年来由于钛及钛合金具有低密度、高强度、高模量及其耐腐蚀和生物相容性好等优异的物理化学性能，广泛应用于医学领域，特别是植入体内替换人体关节的应用。但是，由于钛及钛合金硬度低、耐磨性能差和易发生氧化等缺点，限制其作为应用。由于磨损和氧化主要发生在材料表面，通常采用表面改性技术，改善钛合金的性能。

目前，热喷涂、化学气相沉积、微弧氧化和激光粉末沉积等方法被广泛用于钛及钛合金的表面改性。但是，表面改性的涂层一般采用单层均匀HA-Ti涂层，或者将HA粉体旋涂在二氧化钛涂层表面，涂层的附着性低，膜层不均匀。

有鉴于此，本发明提供一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法，附着性强，膜层均匀，并且成骨活性好。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层及其制备方法，附着性强，膜层均匀，并且成骨活性好。

本申请的钛合金表面的复合梯度涂层可作为缓冲和过渡，缓解了涂层与基体材料之间线膨胀系数的急剧变化。本申请的复合梯度涂层采用了两种成膜方式，并且采取逐层制备的方式，形成的梯度涂层组分更丰富，附着性更好，膜层更均匀，且各组分之间能更好过渡，从而减小各组分间热膨胀系数的差异。

具体的，先在钛或者钛合金表面采用热电化学氧化的方式原位生成第1梯度涂层(TiO₂涂层)，控制热电化学氧化的具体参数使得成模性更好；然后在第1梯度涂层表面采用射频等离子喷涂的方式形成第2梯度涂层(HA-ZrO₂涂层)，形成HA-ZrO₂-TiO₂-Ti复合梯度涂层，并且在第1梯度涂层和第2梯度涂层可以采用相同的方式形成的多个涂层。其中，ZrO₂粉作为HA复合涂层添加剂，Zr和Ti属于同族元素，其性质较为类似，具有良好的生物相容性；由于第1梯度涂层的TiO₂是使用热电化学氧化的方式制备的，TiO₂涂层表面形成了很多多孔结构，这些多孔结构能够使HA-ZrO₂很好的附着，其结合强度更高，此外，射频等离子喷涂的方式也能使得第2梯度涂层的表面更加均匀，因此本申请的复合梯度涂层的涂层厚度、溅射功率和结合强度都是优于单一HA-Ti涂层的；此外，钛合金为低模量β钛合金，低模量β钛合金的成骨活性好。本申请人在此基础上完成本申请。

本申请的一方面，提供一种钛及钛合金表面的复合梯度涂层的制备方法，包括步骤：

S1,在钛或者钛合金表面采用热电化学氧化的方式原位生成第1梯度涂层，第1梯度涂层的为TiO₂；

S2,在第1梯度涂层表面采用射频等离子喷涂的方式形成第2梯度涂层，形成复合梯度涂层，第2梯度涂层的为HA-ZrO₂；

S3,将步骤S2中获得的表面具有复合梯度涂层的钛或钛合金，进行高温热处理。

在一些实施方式中，在步骤S1中，钛合金为低模量β钛合金。低模量β钛合金的成骨活性好。

进一步的，低模量钛合金包括：Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-51Zr-18Nb、Ti-13Mo-7Zr-3Fe、Ti-6Al-2Nb-2Ta-1Mo中的一种或多种。