[发明专利]一种利用等离子喷涂复合涂层修饰的多孔钛合金材料的制备方法及其应用

说明书

本发明申请属于材料制备技术领域，具体公开了一种利用等离子喷涂复合涂层修饰的多孔钛合金材料的制备方法及其应用，包括以下步骤：(1)钛合金材料预处理：将钛合金片进行喷砂粗化处理备用；(2)球磨与造粒；(3)大气等离子喷涂制备涂层：将预处理后的钛片夹装在金属圆筒上，使用等离子喷涂方法将步骤(2)中的复合粉喷涂到钛片上；喷涂完成后自然冷却至室温，依次用无水乙醇和去离子水对涂层进行超声清洗，高压蒸汽灭菌法灭菌备用。本发明主要用于制备多孔钛合金材料，解决了现有技术中金属骨替代材料植入人体后细胞毒性大容易给患者造成不便的问题。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体公开了一种利用等离子喷涂复合涂层修饰的多孔钛合金材料的制备方法及其应用。

背景技术

感染、创伤、骨肿瘤或者骨关节疾病所导致的大段骨缺损，其治疗修复一直是临床上所面临的难题。传统自体骨、同种异体骨、可降解人工骨或组织工程骨等因其取骨量、力学强度等限制，无法胜任大段、负重区骨缺损修复的力学要求。

金属骨替代材料，如钽金属、医用钛合金具有满意的机械强度，但其弹性模量远高于人体骨骼，植入体内后易产生应力遮挡及后期松动风险。钽金属熔点高、昂贵、加工困难。未经处理的医院钛合金表面骨长入能力无法令人满意。现有技术中使用的替代材料细胞毒性大，容易给患者使用造成不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用等离子喷涂复合涂层修饰的多孔钛合金材料的制备方法及其应用，以解决现有技术中金属骨替代材料植入人体后细胞毒性大容易给患者造成不便的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种利用等离子喷涂复合涂层修饰的多孔钛合金材料的制备方法及其应用，包括以下步骤：

(1)钛合金材料预处理：将钛合金片进行喷砂粗化处理备用；

(2)球磨与造粒：按照ZnO与HA质量占比5％,10％、15％、20％制备四组复合粉，每个球磨罐放50g复合粉，75g球磨珠,向复合粉中加入无水乙醇溶解；使用球磨珠球磨，使用200目筛子过滤，烘干备用；

(3)大气等离子喷涂制备涂层：将预处理后的钛片夹装在金属圆筒上，使用等离子喷涂方法将步骤(2)中的复合粉喷涂到钛片上；喷涂完成后自然冷却至室温，依次用无水乙醇和去离子水对涂层进行超声清洗，高压蒸汽灭菌法灭菌备用。

进一步，步骤(2)中球磨珠球磨时间为120min，转速380r/min；进行两次球磨过程。

进一步，步骤(3)等离子喷涂过程中通入Ar和H₂。

进一步，步骤(3)中金属圆筒的转速为90rpm；等离子喷涂参数：喷涂功率40kW、Ar流量为40slpm、H₂流量为7slpm、送粉率为30g min^-1、喷涂距离为100mm。

进一步，应用于骨科临床的骨缺损修复、骨重建或骨替代。

本技术方案的工作原理及有益效果在于：

(1)针对普通钛合金材料弹性模量高、生物惰性、骨整合能力弱，以及缺乏表面抗菌性的缺点。本方案采用EBM金属3D打印技术制备具有合适孔径和孔隙率的个性化多孔钛合金(Ti6Al4V)实验材料，喷涂合适质量百分比的纳米氧化锌/羟基磷灰石复合涂层，通过生物活性多肽RGD联合骨形态生成蛋白BMPII对涂层进行表面修饰，赋予多孔钛合金抗菌能力，并提高其生物相容性和表面促成骨能力。最终实现符合人体的生物力学需求的多功能个性化骨缺损修复材料以及多功能个性化植入假体的快速设计、3D打印和涂层构建。