一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法
【专利摘要】本发明公开了一种微弧氧化法直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，包括将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔，对钛合金进行表面打磨处理至试样表面无划痕，然后再进行除油、碱洗及去离子水洗，自然烘干备用；将A步骤预处理制备的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电源电压450～475V，频率为900～1200Hz；将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后烘干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜。本发明提供的方法操作方便，工艺简单，节能环保，设备要求低，制备周期短，成本低廉。
【专利说明】一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医用植入材料表面处理【技术领域】，具体涉及一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法。
【背景技术】
[0002]钛及钛合金的重量轻、比强度高，弹性模量小(约为其它医用材料的一半)，与人体硬组织的弹性模量比较匹配，并且具有一定的生物相容性，在人体液环境下具有良好的耐腐蚀性，其植入人体后，具有较好的力学性能、耐腐蚀性能和组织反应小等优点，符合人体生物植入材料的要求，一直被人们用作骨骼植入和修复的主要材料之一。随着科学技术发展、人口老龄化以及工业、交通、体育等导致的骨创伤增加，人们对生物医用材料及其制品的需求越来越大。但工业用钛为金属生物惰性材料，对机体组织的愈合无明显促进作用，愈合时间较长，钛及其合金的耐磨损性能差，生成的磨屑游离于植入体附近，容易引起炎症。于是为了提高钛合金材料的生物相容性，常采用含有钙磷元素的电解液来进行微弧氧化处理，使得钛合金表面生成含有较多的磷钙化合物及羟基磷灰石的微孔结构，以减少血小板黏附和血栓的形成，促进骨组织的早期生长。
[0003]羟基磷灰石(HAP)是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成，人的牙釉质中羟基磷灰石的含量在96%以上。羟基磷灰石具有优良的生物相容性，并可作为一种骨骼或牙齿的诱导因子，同时也是人体骨骼组织主要成分，植入体内后，钙和磷会游离出材料表面被身体组织吸收，并生长出新的组织。
[0004]羟磷灰石粉末 的的制备方法很多，比较常见的方法有沉淀法、水解法、水热法及固相法等。其中水热法的设备适比较复杂而且昂贵。相较于水热法，沉淀法则是操作简单、设备便宜、产能大，目前大多数以此种方法为主。但是沉淀法有一些缺点，像是粉末容易聚集在一起、质量不稳定等。为此，研发一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜方法具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜方法，以改善钛合金表面陶瓷膜层生物相容性不良的问题。
[0006]本发明的目的是这样实现的，包括如下步骤:
A、预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔，对钛合金进行表面打磨处理至试样表面无划痕，然后再进行除油、碱洗及去离子水洗，自然烘干备用；
B、微弧氧化:将A步骤预处理制备的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电源电压450~475V，频率为900-1200ΗΖ ；
C、将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后烘干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜。
[0007]本发明的微弧氧化膜层与钛合金基体表面形成冶金结合，表面陶瓷膜为含有羟基磷灰石的多孔结构，具有较好的生物相容性，能够促进骨组织的早期生长，可作为骨骼植入和修复的主要材料处理方法之一。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明的工艺流程图。
[0009]图2为本发明的实验XRD检测结果图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明作进一步说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换，均落入本发明保护范围。
[0011]本发明采用微弧氧 化制备含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜，包括如下步骤:
A、预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔，对钛合金进行表面打磨处理至试样表面无划痕，然后再进行除油、碱洗及去离子水洗，自然烘干备用；
B、微弧氧化:将A步骤预处理制备的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电源电压450~475V，频率为900-1200ΗΖ ；
C、将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后烘干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜。
[0012]所述A步骤的除油剂为无水乙醇或丙酮。
[0013]所述A步骤的碱洗液为lg/L氢氧化钠溶液。
[0014]所述B步骤的电解液组成为:含钙电解质0.15mol/L~0.20mol/L，含磷电解质
0.10 mol/L ~0.20mol/L，络合剂 0.01mol/L~0.06mol/L。
[0015]所述B步骤的电解液其中含钙电解质为醋酸钙、碳酸钙、磷酸二氢钙、氢氧化钙或甘油磷酸钙之一种或几种；含磷电解质为磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐之一种或几种；络合剂选用EDTA、EDTA-2Na或者柠檬酸之一种或几种。
[0016]所述B步骤的脉冲电源占空比为30%~40%，正脉冲数为1，负脉冲数为I。
[0017]所述B步骤的氧化时间为15~20min，温度为室温。
[0018]实施例1
A、钛合金样品的预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔；对钛合金进行表面打磨处理，直至试样表面无明显划痕，然后再用乙醇除油、lg/L氢氧化钠溶液碱洗以及去离子水洗，自然烘干；
B、微弧氧化:将经过前述处理后的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化；所用电源为脉冲电源，电源参数设定为:电压450V，占空比为30%，频率为900HZ，正脉冲数为1，负脉冲数为1，氧化时间为15min。电解液配制为:乙酸钙0.1 5mol/L，EDTA 二钠0.15mol/L，磷酸二氢钾0.1 mol/L。
[0019]C、后处理:将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后吹干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜钛材。
[0020]实施例2
A、钛合金样品的预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔；对钛合金进行表面打磨处理，直至试样表面无明显划痕，然后再用乙醇除油、lg/L氢氧化钠溶液碱洗以及去离子水洗，自然烘干；
B、微弧氧化:将经过前述处理后的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化；所用电源为脉冲电源，电源参数设定为:电压475V，占空比为40%，频率为900HZ，正脉冲数为1，负脉冲数为1，氧化时间为20min。电解液配制为:乙酸钙0.2 mol/L ,EDTA 二钠0.15mol/L，磷酸二氢钾0.lmol/Lo
[0021]C、后处理:将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后吹干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜的钛材。
[0022]实施例3
A、钛合金样品的预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔；对钛合金进行表面打磨处理，直至试样表面无明显划痕，然后再用乙醇除油、lg/L氢氧化钠溶液碱洗以及去离子水洗，自然烘干；
B、微弧氧化:将经过前述处理后的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化；所用电源为脉冲电源，电源参数设定为:电压450V，占空比为40%，频率为900HZ，正脉冲数为1，负脉冲数为1，氧化时间为20min。电解液配制为:乙酸钙0.15 mol/L，EDTA 二钠0.15mol/L，磷酸二氢钾0.1 mol/L。
[0023]C、后处理:将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后吹干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜的钛材。 [0024]实施例4
A、钛合金样品的预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔；对钛合金进行表面打磨处理，直至试样表面无明显划痕，然后再用乙醇除油、lg/L氢氧化钠溶液碱洗以及去离子水洗，自然烘干；
B、微弧氧化:将经过前述处理后的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化；所用电源为脉冲电源，电源参数设定为:电压475V，占空比为40%，频率为1200HZ，正脉冲数为1，负脉冲数为1，氧化时间为20min。电解液配制为:乙酸钙0.167 mol/L，EDTA二钠0.15mol/L，磷酸二氢钾0.1 mol/L。
[0025]C、后处理:将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后吹干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜的钛材。
[0026]实施例5
A、钛合金样品的预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔；对钛合金进行表面打磨处理，直至试样表面无明显划痕，然后再用乙醇除油、lg/L氢氧化钠溶液碱洗以及去离子水洗，自然烘干；
B、微弧氧化:将经过前述处理后的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化；所用电源为脉冲电源，电源参数设定为:电压475V，占空比为40%，频率为900HZ，正脉冲数为1，负脉冲数为1，氧化时间为20min。电解液配制为:乙酸钙0.2 mol/L ,EDTA 二钠0.15mol/L，磷酸二氢钾0.1 mol/L。
[0027]C、后处理:将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后吹干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化多孔陶瓷膜的钛材。
【权利要求】
1.一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于包括如下步骤: A、预处理:将钛合金Ti6Al4V切割成圆柱形钛材，在试样的上方打孔，对钛合金进行表面打磨处理至试样表面无划痕，然后再进行除油、碱洗及去离子水洗，自然烘干备用； B、微弧氧化:将A步骤预处理制备的圆柱形钛材悬挂于电解液中，进行微弧氧化，所用电源为脉冲电源，电源电压450~475V，频率为900-1200ΗΖ ； C、将微弧氧化处理后的试样用去离子水清洗后烘干得到含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜。
2.根据权利要求1所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述A步骤的除油剂为无水乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述A步骤的碱洗液为lg/L氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述B步骤的电解液组成为:含钙电解质0.15mol/L~0.20mol/L，含磷电解质0.10mol/L ~0.20mol/L，络合剂 0.01mol/L~0.06mol/L。
5.根据权利要求1或4所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述B步骤的 电解液其中含钙电解质为醋酸钙、碳酸钙、磷酸二氢钙、氢氧化钙或甘油磷酸钙之一种或几种；含磷电解质为磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐之一种或几种；络合剂选用EDTA、EDTA-2Na或者柠檬酸之一种或几种。
6.根据权利要求1所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述B步骤的脉冲电源占空比为30%~40%，正脉冲数为1，负脉冲数为I。
7.根据权利要求1所述的直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法，其特征在于所述B步骤的氧化时间为15~20min，温度为室温。
【文档编号】C25D11/26GK103898591SQ201410118521
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】杨钢, 严继康, 唐婉霞, 吴云峰, 黄思仁, 倪尔鑫, 施哲, 方树铭 申请人:昆明冶金研究院