[发明专利]一种制备HA梯度复合涂层材料的区带电泳与电泳沉积方法

说明书

本发明公开一种制备HA梯度复合涂层材料的区带电泳与电泳沉积方法，具体包括如下步骤：(1)HA悬浊液的制备：将经筛分预处理的包含HA在内的3～4种不同细颗粒物按一定质量比加入到分散介质中，添加增效分散剂，超声分散后静置陈化；(2)钛片基体的预处理；(3)区带电泳分布HA悬浊液：经2片预处理钛片作为区带电泳的正负两极平行置于HA悬浊液中，施加直流恒压，各细颗粒物电泳形成区带分布；(4)插入第3片预处理钛片作为负极，接驳转换电极进行电泳沉积；(5)第3片预处理钛片表面沉积即得HA梯度复合涂层材料；本发明采用物理电泳沉积的方法使HA复合涂层材料在法向上实现明显梯度分布，所需的设备简便，操作简单，复合涂层附着力适中。

技术领域

本发明涉及一种制备HA梯度复合涂层材料的区带电泳与电泳沉积方法，属于复合涂层材料科学的应用技术领域。

背景技术

梯度复合涂层材料是指一类组成结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合涂层材料，从材料的某一方位一维、二维或者三维向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能呈现梯度变化的一种新型的功能性复合涂层材料。从材料的结构角度看，梯度复合涂层材料与均一材料、复合材料不同，它选用两种(或多种)性能不同的材料，通过缓慢连续地改变这两种(或多种)材料的组成、含量和结构，使其相间界面层逐渐消失，进而实现材料的性能随着材料的组成、含量和结构的变化而缓慢变化，形成具有梯度分布性质的复合涂层材料。

羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA，化学式Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)生物陶瓷材料的制备已引起广大的化学、材料学、生物学和临床医学等领域研究工作者的极大兴趣。于HA具有良好的生物相容性，与人体硬组织(骨和牙)的无机质具有相近的物质组成，作为骨修复、骨替代和骨传导的表面涂层材料已得到广泛的应用，植入人体后能在短时间内与软组织形成紧密结合，但HA脆性大，抗折强度和断裂韧性指标均低于人体骨组织，因而限制了它在人体负重部位的应用。近30年来各种涂覆技术研究与利用，已经能够将HA涂覆于力学性能较好的生物惰性金属材料表面，得到既可利用金属基体的强度和韧性，又具有HA生物相容性的涂层材料。目前制备HA涂层比较成熟的涂覆方法有：等离子喷涂法、溶胶凝胶法、仿生生长法和电沉积法，但都存在着HA与基体材料热膨胀系数不匹配，涂层易脱落等问题。

区带电泳是指在分散介质、凝胶或多孔固体等支持物上电泳后分离的各组分因迁移速度不同被支持物所稳定分布成区带而得名的。区带电泳分布是一种应用比较广泛的电泳分离技术，悬浮液中荷电颗粒在直流电场作用下在分散介质中迁移，荷电颗粒除受电场力作用之外，也受到颗粒粒径、荷电状态、液相或固相载体吸附作用等影响，因此，迁移过程是各种影响因素综合的结果。

电泳沉积是悬浮液中荷电的固体颗粒在直流电场作用下发生定向移动并在电极表面形成沉积层的过程，是近年来用于制备各种涂层和薄膜的一种新方法，其过程属于颗粒共沉降制备工艺，具有许多显著的优点。首先，电泳沉积是一种温和的表面涂覆方法，可避免高温涂覆而引起的相变和脆裂，沉积层经后续烧结处理，金属基体与涂层和薄膜之间的结合强度可得到很大程度的提高；其次，电泳沉积是非直线过程，可以在形状复杂或表面多孔的金属基体表面形成均匀的沉积层，并能精确控制涂层或薄膜的成分、厚度和孔隙率；再者，电泳沉积是荷电颗粒的定向移动，不会因电解溶剂水产生的大量气体影响涂层或薄膜与基体的结合力；此外，电泳沉积还具有所需设备简单、成本低、操作方便、沉积工艺易控制等优点。