复合涂层人工关节的制作方法

本实用新型涉及医疗外科器械技术领域，特别涉及复合涂层人工关节。

背景技术：

人工关节是一种人工植入物，其通过外科手术置换人体中因各种疾病或意外伤害造成无法使用的关节。人工关节一般由具有良好力学性能的金属材料制成，但是现有的人工关节并不能很好地与体内相应的周遭组织结合，而且其中的金属材料会直接影响关节的愈合，更严重地，会导致关节局部的炎症反应。

因而，现有的人工关节亟需改进，以提升人工关节的治疗效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一复合涂层人工关节，其可有效促进与其相连的关节组织的生长。

根据本实用新型的一实施例，一复合涂层人工关节，其包括：人工关节；人工关节的表面依次附着物理气相沉积PVD涂层和生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，其中PVD涂层为AlCrN、CrAlN、CrN、AlTiN、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、TiSiAlN、TiAlWN或其混合物构成的纳米硬质涂层，生长促进纳米粒子是钙纳米粒子、磷纳米粒子、锌纳米粒子或其混合物。

本实用新型实施例提供了具有沉积PVD涂层和生长促进纳米粒子改性的PVD涂层的复合涂层人工关节，一方面增强了人工关节的硬度及耐磨性，另一方面，生长促进纳米粒子改性的PVD涂层中的生长促进纳米粒子也能有效促进与其相连的关节组织的生长及/或伤口的愈合。

附图说明

图1所示是根据本实用新型一实施例的复合涂层人工关节的主视图

图2所示是图1所示的复合涂层人工关节沿A-A'方向的截面放大图

具体实施方式

为更好的理解本实用新型的精神，以下结合本实用新型的部分优选实施例对其作进一步说明。

图1所示是根据本实用新型一实施例的复合涂层人工关节的主视图，图2所示是图1所示的复合涂层人工关节沿A-A'方向的截面放大图。

如图1和2所示，复合涂层人工关节100包括人工关节10，人工关节10的表面10a依次附着PVD涂层12和生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14。其中，PVD涂层12为包括AlCrN、CrAlN、CrN、AlTiN、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、TiSiAlN、TiAlWN或其混合物构成的纳米硬质涂层，生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14中的生长促进纳米粒子由钙纳米粒子、磷纳米粒子、锌纳米粒子或其混合物组成。

生长促进纳米粒子中的钙纳米粒子、磷纳米粒子或锌纳米粒子可以与人工关节相连的关节组织进行离子交换，不仅缩短了人工关节与体内与之相连的关节组织的结合时间，还增强了两者的结合强度，可以有效促进关节组织的生长愈合。

在本实用新型的一实施例中，在生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14中，生长促进纳米粒子的重量比例约为5％-40％，粒径为1nm-100nm。

在本实用新型的又一实施例中，PVD涂层12的厚度为1μm-15μm，PVD涂层12的厚度可进一步优选为3μm-6μm，PVD涂层12的表面硬度为1500HV-5000HV。PVD涂层12的表面硬度可进一步优选为约2000HV-3500HV。

在本实用新型的又一实施例中，生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14的厚度为1μm-15μm，生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14的厚度可进一步优选为3μm-6μm。

在本实用新型的又一实施例中，生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14的表面硬度为1000HV-3000HV。生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14的表面硬度可进一步优选为约1500HV-2500HV。

图1所示根据本实用新型一实施例的复合涂层人工关节100的制备方法包括如下步骤：

提供人工关节10；

采用PVD工艺在人工关节10的表面10a上沉积AlCrN、CrAlN、CrN、AlTiN、TiAlN、TiAlCrN、TiSiN、TiSiAlN、TiAlWN或其混合物构成的纳米硬质涂层以形成PVD涂层12；以及

将由钙纳米粒子、磷纳米粒子、锌纳米粒子或其混合物组成的生长促进纳米粒子导入PVD工艺炉中，采用PVD工艺在所述PVD涂层12的表面12a形成生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14。

在本实用新型的一实施例中，采用PVD工艺形成PVD涂层12的步骤包括：首先通入纯度为99.999％的氩气，在偏压为800-1000V的条件下清洁人工关节10的表面10a；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气，在偏压为80-100V的条件下，打开包含用于组成PVD涂层12的金属的靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节10的表面10a沉积形成PVD涂层12。

在本实用新型的一实施例中，采用PVD工艺形成生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14的步骤包括：继续通入纯度为99.999％的氮气，在偏压为80-100V的条件下，保持包含用于组成PVD涂层12的金属的靶的开启状态，同时导入包含钙纳米粒子、磷纳米粒子、锌纳米粒子或其混合物的生长促进纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层12的表面12a沉积形成生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14。

本实用新型实施例可通过常规的PVD设备采用常规的PVD工艺形成PVD涂层12和生长促进纳米粒子改性的PVD涂层14。

以下结合本实用新型的部分更优选实施例对其作进一步说明。

实施例1

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开CrAl靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积AlCrN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持CrAl靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的钙纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的钙纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例2

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开CrAl靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积AlCrN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持CrAl靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的磷纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的磷纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例3

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的磷纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的磷纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例4

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的锌纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的锌纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例5

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的钙纳米粒子和锌纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例6

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的钙纳米粒子和磷纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例7

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的锌纳米粒子和磷纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例8

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开AlTi靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积TiAlN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持AlTi靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的钙纳米粒子、磷纳米粒子和锌纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

实施例9

提供人工关节；

通入纯度为99.999％的氩气(即高纯氩气)，在偏压为800-1000V的条件下，清洁人工关节的表面；然后停止通入氩气，通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，打开CrAl靶，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在清洁后人工关节的表面沉积AlCrN合金形成厚度为3μm-6μm的PVD涂层；

接着，继续通入纯度为99.999％的氮气(即高纯氮气)，在偏压为80-100V的条件下，保持CrAl靶的开启状态，同时导入1nm-100nm的钙纳米粒子、磷纳米粒子和锌纳米粒子，弧电流为120A-200A，采用PVD工艺在PVD涂层的表面沉积厚度为3μm-6μm的生长促进纳米粒子改性的PVD涂层，从而形成复合涂层人工关节。

虽然PVD技术是一门已知的在现代物理、化学、材料学、电子学、力学等多学科基础上建立起来的工程技术，即将金属或非金属靶材(所镀膜材料)在真空环境下，经过物理过程沉积在需要镀膜工件表面的过程。但仅采用PVD技术在人工关节10的表面直接沉积涂层所得到的人工关节，其并不能很好地与体内相连的关节组织结合，其中的金属材料直接与体内与之相连的关节接触，影响关节的愈合。而在本实用新型实施例中，通过在人工关节的表面依次沉积PVD涂层和生长促进纳米粒子改性的PVD涂层形成复合涂层人工关节，两涂层不仅增强了人工关节的硬度及耐磨性，而且生长促进纳米粒子改性的PVD涂层中的纳米粒子具有良好的生物活性，有效地促进了与其相连的关节组织的生长。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰。因此，本实用新型的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求书所涵盖。