[发明专利]一种医用钛锆基合金的梯度结构CHA涂层及其制备技术

说明书

本发明公开了一种在医学植入材料用的TZ30钛锆基合金表面制备梯度结构CHA涂层及其复合电化学制备技术，属于合金表面处理技术领域。本发明通过复合电化学技术在医用TZ30钛锆基合金表面获得梯度CHA涂层。其核心工艺为电化学刻蚀和电化学沉积的复合电化学技术。本发明具有工艺简单、安全且环境友好，所得的TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层具有在模拟体液中耐腐蚀性能好的特征。对促进其临床应用具有重要实际价值。

技术领域

本发明涉及医学植入用低弹模钛锆基合金表面处理领域，具体来说，是涉及一种钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层及其复合电化学制备技术。

背景技术

Ti-30Zr-5Al-3V（TZ30）钛锆基合金具有低密度、高强度、超高比强度和强塑性协同效应。还具有34 GPa的超低的弹性模量。因此，TZ30合金具有作为医学硬组织植入生物材料的巨大应用潜力。然而，TZ30合金含有铝和钒，这对人类和动物是有害的。此外，TZ30合金的硬度、体液中的耐腐蚀性和生物相容性有待改善，在作为植入物应用之前需要进行系统研究。羟基磷灰石（HA）涂层可以防止有毒离子释放到体内，提高表面硬度，增加体液环境中的耐腐蚀性，并改善生物相容性。HA引起了广泛关注，并已在骨科和牙科临床应用。碳酸化羟基磷灰石（CHA）涂层的生物相容性比HA更好。因此，CHA涂层对于硬组织植入生物材料的表面改性更有利。

研究表面金属材料表面的微观形态有助于增强机械结合，促进成骨细胞的粘附和分化，改变蛋白质的构象，提高骨整合率。此外，具有微纳米结构的表面有助于提高涂层-基底的附着力和生物相容性。因此，在TZ30合金的微纳结构表面沉积CHA膜，有利于薄膜与基体的附着力和表面性能。

电化学技术是金属材料表面改性的重要的常用技术。电化学技术通常使用矿物酸或中性溶液作为电解液。在少数情况下，采用了弱配位缓冲溶液。作为电极的试样将在恒电位、恒电流或循环电位下极化。之后，试样表面将根据工艺条件进行氧化、还原、分解、沉积或清洁获得预期性能的表面涂层。其中电化学沉积技术（ECD）是一种经济高效且非设备密集型的金属表面改性技术。它简单、快速、廉价，是沉积各种涂层最有效的技术之一。在电场的作用下，ECD可用于在复杂形状的基底、浸渍多孔基底和/或基底的某些特定区域上沉积均匀的涂层。此外，涂层的厚度、成分和均匀性可以严格控制。

发明内容

为了获得医学植入用低弹模钛锆基合金Ti-30Zr-5Al-3V（TZ30）的表面梯度结构CHA涂层，防止有毒离子释放到体内，提高表面硬度，增加体液环境中的耐腐蚀性，并改善生物相容性，本发明的目的是提供一种TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层及其简单、快速、廉价的复合电化学制备技术。

本发明的目的是通过如下方案实现的：

一种TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层及其复合电化学制备技术，其特征在于它包括如下步骤：（1）切割；（2）清洗及干燥；（3）电化学刻蚀；（4）电化学沉积；（5）碱热处理；（6）清洗及干燥。

所述的TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层的复合电化学制备技术，其特征在于：步骤（1）的切割工序是采用线切割将TZ30合金切割成10mm×10mm×2mm的方形试样。

所述的TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层的复合电化学制备技术，其特征在于：步骤（2）的清洗工序是采用流水清洗、然后先后在无水乙醇和丙酮中超声波清洗10分钟，吹风机冷风吹干。

所述的TZ30钛锆基合金表面梯度结构CHA涂层的复合电化学制备技术，其特征在于：步骤（3）的电化学刻蚀工序是在0.5 mol/L NaBr溶液中，外加电流密度为500 mA/cm²，电解液的温度保持在10℃，持续刻蚀5分钟。