一种钛种植体的酸蚀装置及工艺的制作方法

本发明涉及钛及钛合金表面处理领域，尤其涉及一种钛种植体的酸蚀装置及工艺。

背景技术：

钛及钛合金材料由于其良好的生物相容性被广泛的应用于医疗器械领域，其耐蚀性好，在人体环境下不易发生腐蚀，使得其可被加工成骨钉、骨板等内植物产品，直接应用于骨科的支撑及固定。但是普通刀具的机械加工，在钛及钛合金产品表面形成的表面形貌及结构单一，无法获得更为复杂及丰富的表面形貌，因而需要对其进行表面处理，从而在表面获得形貌及结构更为复杂的微米结构，促进骨组织在骨科内植物材料粘附、增殖和分化，加速骨组织与内植物的生物学锁合及组织愈合。

一般说来，针对种植体的酸蚀处理通常在此之前会进行喷砂处理，通过喷砂处理在表面形成一级表面凹坑，但喷砂颗粒会部分残留表面，污染表面，因此需要进行酸蚀处理，在去除表面砂粒残留的同时，形成二级的酸蚀孔洞进一步增加骨结合面积和机械锁合力，从而为成骨细胞的粘附、增殖提供良好的微米级微环境。

公开号为CN102921037B的专利公开了“一种钛种植体表面制备多级微米结构的方法”，其虽就具体的喷砂及酸蚀工艺进行了描述，但是酸蚀后需严格控制后处理步骤，否则处理操作不当易导致产品形态及外观的一致性较差及表面氧化变色或局部水渍痕迹。

因此，有必要提供一种容易控制钛种植体表面形貌的酸蚀装置及工艺，来提高酸蚀产品的外观一致性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种钛种植体的酸蚀装置及工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种钛种植体的酸蚀装置，包括槽体和悬挂臂，所述悬挂臂悬挂于所述槽体之上，所述槽体包括酸蚀槽、漂洗槽和超声波清洗槽，所述酸蚀槽与所述漂洗槽内均设置有鼓泡管，所述漂洗槽包括第一漂洗槽、第二漂洗槽和第三漂洗槽，所述酸蚀槽、第一漂洗槽、第二漂洗槽、超声波清洗槽和第三漂洗槽依次并排设置，所述酸蚀槽上方设置有抽风罩；所述悬挂臂由横杆和若干个与之垂直的竖杆组成，所述横杆两端设置有与其垂直的连接部，所述连接部与所述槽体的槽口卡接，所述竖杆分别伸入所述槽体中，所述竖杆用于固定钛种植体。

优选地，所述悬挂臂为一个，所述悬挂臂由一个横杆和五个与之垂直的竖杆组成，一个所述竖杆对应一个槽体。

优选地，所述悬挂臂为两个，一个所述悬挂臂由一个横杆和两个与之垂直的竖杆组成，另一个所述悬挂臂由一个横杆和三个与之垂直的竖杆组成，一个所述竖杆对应一个槽体。

进一步地，所述槽体的底部外侧均设置有进排水管，所述超声波清洗槽内侧壁上设置有超声波振板，所述抽风罩与所述风机连接，所述抽风罩与所述风机的连接通道中设置有调风阀门，所述抽风罩外侧设置有推拉门。

进一步地，所述第一漂洗槽、超声波清洗槽和所述第三漂洗槽上方均设置有溢流口。

进一步地，所述酸蚀槽中设置有电加热器、温度传感器和计时控制器，所述电加热设置于所述酸蚀槽底部，所述电加热器分别与所述温度传感器和所述计时控制器连接，所述酸蚀槽中还设置有搅拌器，所述搅拌器与所述搅拌电机连接，所述酸蚀槽侧面设置有液位视镜，所述酸蚀槽采用PVC、PP、PVDF或PTFE材料制成。

优选地，所述酸蚀槽、第一漂洗槽和第二漂洗槽的相邻槽之间通过隔板隔开且设置有挡水条，所述超声波清洗槽与所述第三漂洗槽之间通过隔板隔开且设置有挡水条。

优选地，所述第一漂洗槽与所述第二漂洗槽之间通过隔板隔开且设置有挡水条，所述酸蚀槽、所述超声波清洗槽和所述第三漂洗槽分别独立设置。

本发明还公开了一种钛种植体的酸蚀工艺，包括如下步骤：

S1、 将20-35wt%的硫酸、2-7wt%的盐酸、1.2-4.8wt%的硝酸、0.3-4.7wt%的乙二醇、0.01-0.06wt%的酸雾抑制剂和水混合均匀配置成酸蚀液，然后将酸蚀液加入酸蚀槽中，同时在漂洗槽和超声波清洗槽中注满水；

S2、 将酸蚀液升温至50-90℃，将钛种植体通过悬挂臂固定于酸蚀槽中，酸蚀处理10-50min；

S3、 将S2的产品通过悬挂臂固定于第一漂洗槽中漂洗1-10s；

S4、 将S3的产品通过悬挂臂固定于第二漂洗槽中漂洗1-10s；

S5、 将S4的产品通过悬挂臂固定于超声波清洗槽中超声处理10-60s，所述超声波清洗槽的功率为1-10 KW，超声频率为10-40KHz；

S6、 将S5的产品通过悬挂臂固定于第三漂洗槽中漂洗1-10s即可；

所述漂洗槽的进水速率和所述超声波清洗槽的进水速率均为0.05-5m³/h。

优选地，所述步骤S2、S3、S4和S6中鼓泡气体压强均设置为0.1-0.6MPa。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的钛种植体的酸蚀装置设置了超声清洗槽和多个漂洗槽，实现了对酸蚀后钛种植体的连续处理，操作方便，工作效率高，容易维护且能够实现钛种植体的批量生产；

（2）本发明的钛种植体的酸蚀装置在槽体中设置了悬挂臂，结构简单，可用于将钛种植体固定于槽体，方便钛种植体在槽体中的固定和取出；

（3）本发明的酸蚀槽体采用耐腐蚀性材料制成，不易变形且耐腐蚀性好，槽体局部设置挡水条、加强筋及密封，避免了设备使用过程中的跑、冒、滴、漏，增加了设备使用寿命及稳定性；

（4）本发明的钛种植体的酸蚀装置在酸蚀槽与漂洗槽内设置有鼓泡管，提高了酸蚀和漂洗效率；同时在酸蚀槽上方设置了抽风罩并设置了调风阀门，可根据酸蚀液的挥发情况调节抽风罩中风速大小，有效避免酸蚀液蒸汽挥发造成空气污染；

（5）本发明的钛种植体的酸蚀工艺，对产品酸蚀后进行漂洗和超声清洗，通过对槽体进水速率和超声波清洗槽超声功率和频率的参数设置，有效解决了产品经酸蚀处理后表面局部氧化变色及污渍残留问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的一种钛种植体的酸蚀装置结构示意图；

图2是本发明的一种钛种植体的酸蚀装置槽体结构示意图；

图3是现有技术中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为100）；

图4是本发明的实施例3中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为100）；

图5是现有技术钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为5000）；

图6是本发明的实施例3中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为5000）；

图7是本发明的实施例4中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为1000）；

图8是本发明的实施例5中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为2000）。

其中，图中附图标记对应为：1-酸蚀槽，2-漂洗槽，3-超声波清洗槽，4-第一漂洗槽，5-第二漂洗槽，6-第三漂洗槽，7-悬挂臂，71-横杆，72-竖杆，73-连接部，8-进排水管，9-挡水条，10-鼓泡管，11-溢流口，12-抽风罩，13-超声波振板，14-液位视镜。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-2。如图1-2所示，本发明公开了一种钛种植体的酸蚀装置包括槽体和悬挂臂7，所述悬挂臂7悬挂于所述槽体之上，所述悬挂臂7为一个，所述悬挂臂7由一个横杆71和五个与之垂直的竖杆72组成，一个所述竖杆72对应一个槽体，所述横杆71两端设置有与其垂直的连接部73，所述连接部73与所述槽体的槽口卡接，所述竖杆72分别伸入所述槽体中，所述竖杆72用于固定钛种植体，方便工件的固定和取出；所述槽体包括酸蚀槽1、漂洗槽2和超声波清洗槽3，所述酸蚀槽1与所述漂洗槽2内均设置有鼓泡管10，所述漂洗槽2包括第一漂洗槽4、第二漂洗槽5和第三漂洗槽6，所述酸蚀槽1、第一漂洗槽4、第二漂洗槽5、超声波清洗槽3和第三漂洗槽6依次并排设置，实现了对酸蚀后钛种植体的连续处理，操作方便，工作效率高；所述酸蚀槽1上方设置有抽风罩12，所述抽风罩12与所述风机连接，所述抽风罩12与所述风机的连接通道中设置有调风阀门，所述抽风罩12外侧设置有推拉门，可根据酸蚀液的挥发情况调节抽风罩12中风速大小，有效避免酸蚀液蒸汽挥发造成空气污染。

继续如图所示，所述槽体底部外侧均设置有进排水管8，通过阀门控制进水或排水，采用一根管解决了进水和排水问题，节约了材料，降低了成本；所述超声波清洗槽3内侧壁上设置有超声波振板13，所述第一漂洗槽4、超声波清洗槽3和所述第三漂洗槽6上方均设置有溢流口11。

如图1所示，所述酸蚀槽1采用PVDF材料制成，所述酸蚀槽1中设置有电加热器、温度传感器和计时控制器，所述电加热设置于所述酸蚀槽1底部，所述电加热器分别与所述温度传感器和所述计时控制器连接，可精确控制酸蚀处理的时间、温度等条件；所述酸蚀槽1中还设置有搅拌器，所述搅拌器与所述搅拌电机连接，搅拌器对酸蚀液进行搅拌，提高了酸蚀处理的效率，所述酸蚀槽1侧面设置有液位视镜14，便于观察液位。所述第一漂洗槽4与所述第二漂洗槽5之间通过隔板隔开且设置有挡水条，所述酸蚀槽1、所述超声波清洗槽3和所述第三漂洗槽6分别独立设置。挡水条9的设置可杜绝设备使用过程中的跑、冒、滴、漏，增加了设备使用寿命及稳定性。

实施例2：

请参阅图1-2。如图1-2所示，本发明公开了一种钛种植体的酸蚀装置包括槽体和悬挂臂7，所述悬挂臂7悬挂于所述槽体之上，如图2所示，所述悬挂臂7为两个，一个所述悬挂臂7由一个横杆71和两个与之垂直的竖杆72组成，另一个所述悬挂臂7由一个横杆71和三个与之垂直的竖杆72组成，一个所述竖杆72对应一个槽体，所述横杆71两端设置有与其垂直的连接部73，所述连接部73与所述槽体的槽口卡接，所述竖杆72分别伸入所述槽体中，所述竖杆72用于固定钛种植体，方便工件的固定和取出；所述槽体包括酸蚀槽1、漂洗槽2和超声波清洗槽3，所述酸蚀槽1与所述漂洗槽2内均设置有鼓泡管10，所述漂洗槽2包括第一漂洗槽4、第二漂洗槽5和第三漂洗槽6，所述酸蚀槽1、第一漂洗槽4、第二漂洗槽5、超声波清洗槽3和第三漂洗槽6依次并排设置，实现了对酸蚀后钛种植体的连续处理，操作方便，工作效率高；所述酸蚀槽1上方设置有抽风罩12，所述抽风罩12与所述风机连接，所述抽风罩12与所述风机的连接通道中设置有调风阀门，所述抽风罩12外侧设置有推拉门，可根据酸蚀液的挥发情况调节抽风罩12中风速大小，有效避免酸蚀液蒸汽挥发造成空气污染。

继续如图所示，所述槽体底部外侧均设置有进排水管8，通过阀门控制进水或排水，采用一根管解决了进水和排水问题，节约了材料，降低了成本；所述超声波清洗槽3内侧壁上设置有超声波振板13，所述第一漂洗槽4、超声波清洗槽3和所述第三漂洗槽6上方均设置有溢流口11。

所述酸蚀槽1采用PVC材料制成，所述酸蚀槽1中设置有电加热器、温度传感器和计时控制器，所述电加热设置于所述酸蚀槽1底部，所述电加热器分别与所述温度传感器和所述计时控制器连接，可精确控制酸蚀处理的时间、温度等条件；所述酸蚀槽1中还设置有搅拌器，所述搅拌器与所述搅拌电机连接，搅拌器对酸蚀液进行搅拌，提高了酸蚀处理的效率，所述酸蚀槽1侧面设置有液位视镜14，便于观察液位。如图2所示，所述酸蚀槽1、第一漂洗槽4和第二漂洗槽5的相邻槽之间通过隔板隔开且设置有挡水条9，所述超声波清洗槽3与所述第三漂洗槽6之间通过隔板隔开且设置有挡水条9。挡水条9的设置可杜绝设备使用过程中的跑、冒、滴、漏，增加了设备使用寿命及稳定性。

实施例3：

本发明公开了一种钛种植体的酸蚀工艺，包括如下步骤：

S1、 将20wt%的硫酸、7wt%的盐酸、4.8wt%的硝酸、4.7wt%的乙二醇、0.06wt%的酸雾抑制剂和水混合均匀配置成酸蚀液，然后将酸蚀液加入酸蚀槽1中，同时在漂洗槽2和超声波清洗槽3中注满水；

S2、 将酸蚀液升温至50℃，控制鼓泡气体压强为0.1Pa，将钛种植体通过悬挂臂7固定于酸蚀槽1中，酸蚀处理50min；

S3、 将第一漂洗槽4的鼓泡气体压强设置为0.6MPa，保持进水速率为0.05m³/h，然后将S2的产品通过悬挂臂7固定于第一漂洗槽4中漂洗1s；

S4、 将第二漂洗槽5的鼓泡气体压强设置为0.1MPa，保持进水速率为0.05m³/h，然后将S3的产品通过悬挂臂7固定于第二漂洗槽5中漂洗10s；

S5、 将超声波清洗槽3的超声频率设置为10KHz，功率为1 KW，保持进水速率为0.05m³/h，然后将S4的产品通过悬挂臂7固定于超声波清洗槽3中超声处理60s；

S6、 将第三漂洗槽6的鼓泡气体压强设置为0.6MPa，保持进水速率为3m³/h，然后将S5的产品通过悬挂臂7固定于第三漂洗槽6中漂洗10s即得产品。

参阅图3-6，图3是现有技术中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为100），可见钛种植体产品表面有明显的污渍残留；图4是本实施例中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为100），钛种植体产品表面无污渍水渍残留；图5是现有技术钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为5000），可见钛种植体产品表面具有大小不一的微米凹陷孔洞；图6是本实施例中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为5000），钛种植体产品表面具有均匀的微米级形貌结构。

实施例4：

本发明公开了一种钛种植体的酸蚀工艺，包括如下步骤：

S1、 将35wt%的硫酸、2wt%的盐酸、1.2wt%的硝酸、0.3wt%的乙二醇、0.01wt%的酸雾抑制剂和水混合均匀配置成酸蚀液，然后将酸蚀液加入酸蚀槽1中，同时在漂洗槽2和超声波清洗槽3中注满水；

S2、 将酸蚀液升温至90℃，控制鼓泡气体压强为0.6MPa，将钛种植体通过悬挂臂7固定于酸蚀槽1中，酸蚀处理10min；

S3、 将第一漂洗槽4的鼓泡气体压强设置为0.1MPa，保持进水速率为0.05m³/h，然后将S2的产品通过悬挂臂7固定于第一漂洗槽4中漂洗10s；

S4、 将第二漂洗槽5的鼓泡气体压强设置为0.6MPa，保持进水速率为3m³/h，然后将S3的产品通过悬挂臂7固定于第二漂洗槽5中漂洗1s；

S5、 将超声波清洗槽3的超声频率设置为40KHz，功率为10 KW，保持进水速率为5m³/h，然后将S4的产品通过悬挂臂7固定于超声波清洗槽3中超声处理10s；

S6、 将第三漂洗槽6的鼓泡气体压强设置为0.1MPa，保持进水速率为0.05m³/h，然后将S5的产品通过悬挂臂7固定于第三漂洗槽6中漂洗1s即得产品。

参阅图7，图7是本实施例中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为1000），钛种植体产品表面形貌结构均一，没有出现污渍残留。

实施例5：

本发明公开了一种钛种植体的酸蚀工艺，包括如下步骤：

S1、 将25wt%的硫酸、3wt%的盐酸、3.2wt%的硝酸、2.8wt%的乙二醇、0.03wt%的酸雾抑制剂和水混合均匀配置成酸蚀液，然后将酸蚀液加入酸蚀槽1中，同时在漂洗槽2和超声波清洗槽3中注满水；

S2、 将酸蚀液升温至60℃，控制鼓泡气体压强为0.3MPa，将钛种植体通过悬挂臂7固定于酸蚀槽1中，酸蚀处理30min；

S3、 将第一漂洗槽4的鼓泡气体压强设置为0.3MPa，然后将S2的产品通过悬挂臂7固定于第一漂洗槽4中漂洗5s；

S4、 将第二漂洗槽5的鼓泡气体压强设置为0.2MPa，保持进水速率为1m³/h，然后将S3的产品通过悬挂臂7固定于第二漂洗槽5中漂洗6s；

S5、 将超声波清洗槽3的超声频率设置为20KHz，保持进水速率为2.3m³/h，然后将S4的产品通过悬挂臂7固定于超声波清洗槽3中超声处理20s；

S6、 将第三漂洗槽6的鼓泡气体压强设置为0.5MPa，保持进水速率为1.8m³/h，然后将S5的产品通过悬挂臂7固定于第三漂洗槽6中漂洗7s即得产品。

参阅图8，图8是本实施例中钛种植体酸蚀处理后的SEM图（放大倍数为2000），钛种植体产品表面形貌结构均一，没有出现局部氧化变色问题。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的钛种植体的酸蚀装置设置了超声清洗槽和多个漂洗槽，实现了对酸蚀后钛种植体的连续处理，操作方便，工作效率高，容易维护且能够实现钛种植体的批量生产；

（2）本发明的钛种植体的酸蚀装置在槽体中设置了悬挂臂，结构简单，可用于将钛种植体固定于槽体，方便钛种植体在槽体中的固定和取出；

（3）本发明的酸蚀槽体采用耐腐蚀性材料制成，不易变形且耐腐蚀性好，槽体局部设置挡水条、加强筋及密封，避免了设备使用过程中的跑、冒、滴、漏，增加了设备使用寿命及稳定性；

（4）本发明的钛种植体的酸蚀装置在酸蚀槽与漂洗槽内设置有鼓泡管，提高了酸蚀和漂洗效率；同时在酸蚀槽上方设置了抽风罩并设置了调风阀门，可根据酸蚀液的挥发情况调节抽风罩中风速大小，有效避免酸蚀液蒸汽挥发造成空气污染；

（5）本发明的钛种植体的酸蚀工艺，对产品酸蚀后进行漂洗和超声清洗，通过对槽体进水速率和超声波清洗槽超声功率和频率的参数设置，有效解决了产品经酸蚀处理后表面局部氧化变色及污渍残留问题。

以上所述是本发明的优选实施方式，应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。