[发明专利]一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用

说明书

本发明属于机械制造和医疗器件表面加工技术领域，具体公开了一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用。本发明先对金属顺次进行打磨，抛光，然后进行超声空化，超声空化的条件为(超声空化处理时间为1～240min，超声设备振幅为1～100μm，超声设备输出功率5～200W，超声频率为15000～55000Hz)，得到表面具有微孔结构的金属。本发明公开的方法成本低廉，操作简单，对表面无污染，且能解决小微表面的微孔制备，在医学生物及其他相关领域具有潜在的广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及机械制造和医疗器件表面加工技术领域，尤其涉及一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用。

背景技术

许多金属材料如钛、钛合金和不锈钢等因具有优良的力学性能，比如高强度、高抗弯疲劳强度、与人体骨骼相近的弹性模量、良好的韧性以及优越的生物相容性，被广泛用作医用材料生物植入体，如牙钉、关节及各种永久固定件等。通常，医用材料植入生物体后，生物组织会与材料表面发生直接作用(D.A.Puleo,A.Nanci,Biomaterials,1999,20:2311)，比如对钛植入件临床使用状态的长期观察发现，钛合金植入活体后会引起相应的生物反应，从而在植入件周围形成包裹，在显微镜下可以清楚观察到活体骨组织与材料间的界面。研究表明，植入件表面具有适当大小的微孔结构可以改善活体细胞的附着、增生能力，有利于细胞的附着以及微血管结构的长入，从而形成紧密的界面结构。微孔表面制备是金属材料的重要课题。

微孔表面的制备技术主要有机械法和化学法两种。机械法中最常用的是表面喷丸技术和激光表织构技术，其中表面喷丸技术是采用直径为几十至几百微米的高硬度丸料，通过喷砂机使丸料以较高的速度冲击金属表面形成粗糙表面。激光表织构技术利用高能密度的激光束扫描工件的表面，加工出具有整齐、均一形貌的特定结构，比如公开号为CN200810017825.9的中国申请发明专利公开了一种骨修复体粗糙表面的微孔处理方法，该方法先使用输出功率为10～25W的激光雕刻机按常规激光刻蚀方法在骨修复体表面上刻蚀多个均匀且连续分布的微孔，横截面积为1950～200000μm²，深度为5～500μm，再将经刻蚀的骨修复体放入用HF、HNO₃和H₂O或HNO₃、HF、H₂O₂和H₂O配制酸溶液里对粗糙微孔表面进行化铣，之后用水清洗，从而在植入件表面形成均匀连续粗糙微孔结构。化学法则主要包括微弧阳极氧化法和碱热处理法。微弧阳极氧化法是采用电化学放电原理在待处理金属表面形成微孔结构，而碱热处理法是通过将待处理的植入件浸渍于高温的碱性溶液中，使其表面产生碱腐蚀，产生微孔结构。公开号为CN200910112256.0的中国申请发明专利公开了一种提高金属钛生物性能的表面处理方法，该方法将钛金属基底表面预处理后，对钛金属基底在温度为100～150℃的NaOH溶液中进行时长为2～6h的碱处理，即可在钛金属基底表面获得纳微米有序的钛酸纳膜层，再将所得的表面获得纳-微米有序的钛酸纳膜层的钛金属基底在450℃的温度下煅烧2h，即可获得具有特定结构的锐钛矿型TiO₂膜层。

上述方法虽然均可在金属表面制备出微孔结构，但却存在诸多不足之处，比如喷丸法会对表面产生一定程度的污染，对小微复杂表面加工难度大；激光表面织构技术设备昂贵，成本较高，激光刻蚀后还需进行酸洗处理；碱热处理法处理步骤繁杂，时间也更加漫长。

因此，如何提供一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用，简化金属表面加工难度，降低污染，降低成本，缩短工艺时间是本领域亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用，本发明简化了工艺，降低了工艺的污染及成本，缩短了金属的处理时间。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种表面具有微孔结构的金属的制备方法，包括以下步骤：

1)将金属顺次进行打磨，抛光；