[发明专利]Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：在惰性气体的环境下，在医用钛合金表面沉积纯钛作为过渡层，在氮气和惰性气体的环境下，在过渡层上溅射钛靶，得到包裹氮化钛层的医用钛合金；采用离子束共轰击系统，在惰性气体环境下，在医用钛合金的氮化钛层上同时电离Ag靶和Ta靶，得到Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金。本发明Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金改善表面成骨细胞和成纤维细胞黏附生长，同时具有抗菌性。一方面可以有效利用Ta的成骨活性，并解决块体Ta作为骨替代材料大弹性模量和高密度的缺陷，另一方面协同提高医用钛合金的骨细胞相容性和抗菌性。

技术领域

本发明属于医用钛合金技术领域，具体来说涉及一种Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金及其制备方法和应用。

背景技术

钛合金(Ti-6Al-4V)是目前医学界公认的人造骨骼替代材料，与其它常用医学金属材料相比钛合金的弹性模量和人体骨骼较更接近，具有耐蚀性好、无磁性、良好的生物相容性，易加工成各种形状等优良的综合性能。然而，抗菌性能差，术后很容易感染，容易导致手术失败等缺点限制了钛合金的发展前景。另外钛合金中还含有有毒离子铝和钒，其中铝元素可引起骨软化、贫血和神经紊乱，诱发老年痴呆症等症状；钒可能致癌。长时间将钛合金放在体内会析出这两种离子溶于体液，对人体造成伤害。因此，对钛合金进行表面改性，抑制钛合金中有毒离子的析出，并且让其兼具生物活性和抗菌性等优点，是克服其临床缺点的有效途径。虽然，氮化钛(TiN)膜具有高硬度、耐磨性和一定的生物活性，可以弥补钛合金的不足。但是，氮化钛的抗菌性能太差，无法达到预期的抗菌效果，仍旧可能会引发感染，导致手术失败。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金的制备方法，该制备方法以医用钛合金(Ti-6Al-4V)为基底，采用磁控共溅射系统，首先在医用钛合金表面包裹氮化钛层，然后再通过离子束共轰击系统在包裹有氮化钛层的医用钛合金表面轰击共掺杂的Ag和Ta离子束。

本发明的另一目的是提供上述制备方法获得的Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金。

本发明的另一目的是提供Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金在提高细胞相容性和抗菌性中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种Ag/Ta离子束表面共掺杂氮化钛/医用钛合金的制备方法，包括以下步骤：

1)在惰性气体的环境下，在医用钛合金表面沉积纯钛作为过渡层，在氮气和惰性气体的环境下，在过渡层上溅射钛靶，以使钛离子和氮离子形成氮化钛并沉积在所述过渡层的表面形成氮化钛层，得到包裹氮化钛层的医用钛合金；

在所述步骤1)中，所述过渡层的厚度为18-20nm。

在所述步骤1)中，沉积纯钛作为过渡层的方法为：在惰性气体流量30-40sccm的条件下沉积纯钛10-20min。

在所述步骤1)中，在医用钛合金表面沉积过渡层前，对所述医用钛合金进行清洗，清洗的步骤为：先用蒸馏水和无水乙醇超声清洗各至少3次，每次至少10min，再采用磁控共溅射系统，抽真空至10^-4-10^-3pa的真空度，通入氩气，在偏压550-650V下，用氩离子清洗至少10min。

在所述步骤1)中，溅射钛靶过程中，氮气和惰性气体的环境中氮气和惰性气体的体积比为1:(10-13)。

在所述步骤1)中，氮化钛层的厚度为170-180nm。

在所述步骤1)中，所述溅射钛靶的时间为50-60min，钛靶的纯度为99.99wt％。