一种钛合金植入体复合材料及其制备与应用的制作方法

文档序号:12766300阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种钛合金植入体复合材料,其特征在于所述钛合金植入体复合材料以钛合金粉经3D打印制作的模型为钛合金植入体基体,在钛合金植入体基体表面采用微弧氧化法形成微弧氧化膜层,然后再在微弧氧化膜层表面采用电化学沉积法形成羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层,最后在羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层表面浸渍形成聚乳酸层;所述微弧氧化法所用微弧氧化液组成为:8~12g/L Na2SiO3、8~12g/L Na3PO4、6~10g/L NaOH、3~7g/L KF,3~8g/L Na2CO3,1~5g/L KOH,50~100mL/L无水乙醇,溶剂为去离子水,pH值自然;所述羟基磷灰石层所用电化学沉积液组成为:0.042mol/L Ca(NO3)2、0.5mol/L NaNO3、0.025mol/L NH4H2PO4、30-50mL/L无水乙醇、30-50mL/L双氧水、0.004-0.006mol/L烷基酚聚氧乙烯醚OP-21,0.1-0.2mol/L柠檬酸三钠,溶剂为去离子水,用缓血酸胺和硝酸调节pH为3-5;所述氟羟基磷灰石层电化学沉积液为向羟基磷灰石层所用电化学沉积液中添加0.0008mol/L NaF。

2.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述微弧氧化膜层厚度为20μm~30μm,所述羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层厚度均为3μm~5μm。

3.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述微弧氧化膜层按如下方法制备:以所述的钛合金植入体基体为阳极,不锈钢为阴极,于微弧氧化液中,在频率为550~650Hz,微弧时间为15~30min,占空比为15~30%,电流密度为15-25A/cm2,操作温度为室温条件下进行微弧氧化反应,反应结束后取出钛合金基体,在去离子水中超声清洗,在20-45℃的烘箱中干燥,获得表面形成微弧氧化膜层的钛合金植入体基体。

4.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述羟基磷灰石层按如下方法制备:以表面形成微弧氧化膜层的钛合金植入体基体为工作电极,铂片作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,在电化学沉积液中,恒流模式,电流密度为0.39~0.59mA/cm2,沉积温度为50-70℃的条件下进行电化学沉积60-120min后,将所述的钛合金植入体基体取出,用去离子水洗净,室温晾干;再浸入1-2mol/L的NaOH水溶液中,在80℃下浸泡2-4h,然后用去离子水反复洗净,室温晾干后,在氩气或者真空保护气氛下于管式炉中进行高温退火处理,以10℃/min的速度升温至500℃,保温2h,获得表面由外至内依次形成羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层和微弧氧化膜层结构的钛合金植入体基体。

5.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述聚乳酸层的厚度为5μm~10μm。

6.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述聚乳酸层按如下方法制备:将聚乳酸加入到二氯甲烷中,室温均匀搅拌6小时,获得质量浓度2.5%聚乳酸溶液;将表面从外到内依次形成羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层、微弧氧化膜层的钛合金植入体基体浸入聚乳酸溶液中,室温浸泡20-30s后,以15-25mm/min的恒定速度提出,在通风厨内室温晾干,然后去离子水洗净,室温晾干,即获得表面从外到内依次形成聚乳酸层、羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层、微弧氧化膜层的钛合金植入体复合材料。

7.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述钛合金植入体基体按如下方法制备:(1)将受损骨结构进行CT扫描,获得受损骨结构的CT扫描数据,并输入到Materialise三维建模软件,进行阈值划分,然后使用区域增长法去除导入图像的噪音,进行冗余数据的去除、分割受损骨结构区域;(2)通过Materialise三维建模软件开运算获得受损骨结构的三维结构数据,然后将获得的三维结构数据输入UG软件,获得数字化骨缺损三维模型;(3)根据数字化骨缺损三维模型,使用CAD软件设计骨缺损模块,获得STL模型;(4)将钛合金粉末在球磨机中混合均匀,磨转速为250r/min,球磨时间为30min,并且采用氮气作为保护气体,获得球磨后的钛合金粉末;将STL模型输入3D打印机,并将球磨后的钛合金粉末加入3D打印机,采用激光3D打印成型,激光的功率为200~300W,扫描速度1200~1500mm/s,脉宽1~3ms,频率0.0Hz,离焦量2~3mm,光斑直径0.5mm,氩气或者真空保护气氛下打印,单层打印厚度0.04mm,获得的胚料在550-800℃保温6-8h后进行电化学抛光,抛光液为体积比1:3:6的高氯酸、正丁醇和甲醇混合液,采用电化学工作站并配有搅拌装置的电解槽在恒流模式,电流密度10~20A/dm2,-30℃,搅拌速度100~200r/min的条件下进行抛光操作,再依次用无水酒精、丙酮和去离子水超声清洗,室温干燥,获得所述的钛合金植入体基体。

8.如权利要求1所述钛合金植入体复合材料,其特征在于所述钛合金粉为Ti-6Al-4V钛合金粉末,粒径为100μm~120μm。

9.一种权利要求1所述钛合金植入体复合材料的制备方法,其特征在于所述方法为:(1)将受损骨结构进行CT扫描,获得受损骨结构的CT扫描数据,并输入到Materialise三维建模软件,进行阈值划分,然后使用区域增长法去除导入图像的噪音,进行冗余数据的去除、分割受损骨结构区域;(2)通过Materialise三维建模软件开运算获得受损骨结构的三维结构数据,然后将获得的三维结构数据输入UG软件,获得数字化骨缺损三维模型;(3)根据数字化骨缺损三维模型,使用CAD软件设计骨缺损模块,获得STL模型;(4)将钛合金粉末在球磨机中混合均匀,磨转速为250r/min,球磨时间为30min,并且采用氮气作为保护气体,获得球磨后的钛合金粉末;将STL模型输入3D打印设备,并将球磨后的钛合金粉末置于3D打印设备中,采用激光3D打印成型,激光的功率为200~300W,扫描速度1200~1500mm/s,脉宽1~3ms,频率0.0Hz,离焦量2~3mm,光斑直径0.5mm,氩气或者真空保护气氛下打印,单层打印厚度0.04mm,获得的胚料在550-800℃保温6-8h后进行电化学抛光,抛光液为体积比1:3:6的高氯酸、正丁醇和甲醇混合液,采用电化学工作站并配有搅拌装置的电解槽在恒流模式,电流密度10~20A/dm2,-30℃,搅拌速度100~200r/min的条件下进行抛光操作,再依次用无水酒精、丙酮和去离子水超声清洗,室温下干燥,获得所述的钛合金植入体基体;(5)以所述的钛合金植入体基体为阳极,不锈钢为阴极,于微弧氧化液中,频率为550~650Hz,微弧时间为15~30min,占空比为15~30%,电流密度为15-25A/cm2,操作温度为室温条件下进行微弧氧化反应,反应结束后取出所述的钛合金植入体基体,在去离子水中超声清洗,在20-45℃的烘箱中干燥,获得表面形成微弧氧化膜层的钛合金植入体,记为钛合金植入体基体/微弧氧化膜层;(6)以步骤(5)钛合金植入体基体/微弧氧化膜层为工作电极,铂片作为对电极,饱和甘汞电极作为参比电极,在电化学沉积液中,恒流模式,电流密度为4-6mA/cm2,沉积温度为37℃的条件下进行电化学沉积90-150min后,将所述的钛合金植入体基体取出,用去离子水洗净,室温晾干;再浸入1-2mol/L的NaOH水溶液中,在80℃下浸泡2-4h,然后用去离子水反复洗净,室温晾干后,在氩气或者真空保护气氛下于管式炉中进行高温退火处理,以10℃/min的速度升温至200℃,保温2h,获得表面由内至外依次形成微弧氧化膜层、羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层结构的钛合金植入体基体,记为钛合金植入体基体/微弧氧化膜层/羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层;(7)将聚乳酸加入到二氯甲烷中,室温均匀搅拌6小时,获得质量浓度2.5%聚乳酸溶液;将步骤(7)钛合金植入体基体/微弧氧化膜层/羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层浸入聚乳酸溶液中,室温浸泡20-30s后,以15-25mm/min的恒定速度提出,在通风厨内室温晾干,然后去离子水洗净,室温晾干,即获得表面从外到内依次形成聚乳酸层、羟基磷灰石层或氟羟基磷灰石层、微弧氧化膜层的钛合金植入体复合材料。

10.一种权利要求1所述钛合金植入体复合材料在制备骨修复材料中的应用。

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