一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法及应用。本发明专利技术提供了一种钛合金表面氧化石墨烯修饰微弧氧化膜层的制备方法。首先以钛合金为基体，在含Na3PO4·

【技术实现步骤摘要】
一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法、所述方法制备的具有复合涂层的生物合金，及所述具有复合涂层的生物合金作为生物医用材料的应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]钛合金因具有良好的生物相容性和优良的耐蚀性，被广泛用于硬组织植入体的制造。然而，相对人体组织而言，钛合金植入体仍然是异体材料，不能完全为人体所接受。此外，钛合金的力学性能尤其是弹性模量与天然骨也有较大差异，在应力作用下，承受应力的金属将和人体骨组织产生不同的应变，在金属与骨的接触界面处出现相对位移，而且长期植入还可能产生应力屏蔽，影响植入体的功能发挥。为了增强钛合金植入体的生物相容性，表面改性技术成为医用钛合金的研究热点。
[0004]如何提高植入体表面的骨整合能力以及长期在体内的稳定性使种植体变得更可靠更稳固，对于金属基植入体而言，最常用的方法是对种植体进行表面改性。微弧氧化是阳极氧化技术的一种，近年来被用于种植体的表面处理。利用该技术可以在金属表面原位生成一层陶瓷薄膜。微弧氧化膜为多孔结构，比表面积大，孔洞的均匀分布为细胞附着提供更多的位点。钛合金经微弧氧化处理后表面可形成纳米级和微米级的多微孔结构，从仿生的角度考虑，拥有微纳结构的植入体表面会由于更加近似于人体骨组织，表现出更好的综合性能。

技术实现思路

[0005]基于上述技术背景，本专利技术目的在于提供了一种具有更好的生物性能及机械性能的生物合金材料。本专利技术通过对比一次微弧氧化和二次微弧氧化制备的钙磷膜层，发现二次微弧氧化膜层和基体结合力大，且耐蚀性好。为了进一步提高该生物合金材料的生物相容性，而氧化石墨烯具有良好的亲水性、分散性和易被修饰等优点，还具有作为优异的生物医用材料所必须具有的抗菌性和生物相容性。所以本专利技术在以乙酸钙(CH3COO)2Ca)为钙源，磷酸氢二钠(Na2HPO4)为磷盐的电解液中添加氧化石墨烯，采用二次微弧氧化法在钛合金表面制备微弧氧化膜层。所制备的微弧氧化膜层表面粗糙多孔，与基体的结合力较高，耐蚀性好，具有一定的生物活性。该专利技术有望解决钛基植入体相关的感染和松动问题，为种植体的研究开发奠定一定的实践基础。
[0006]基于上述技术效果，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术第一方面，提供一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：对生物合金表面进行一次微弧氧化处理，将处理后的生物合金置于
含有钙和磷元素的电解液中进行二次微弧氧化处理。
[0008]上述第一方面所述生物合金为包括但不限于金、银、铂、不锈钢、钴基、钛合金中的一种。本专利技术提供的一种可行的实施方式中，所述生物合金为钛合金；所述钛合金在复合涂层制备之前，还具有预处理过程，包括对钛合金表面进行打磨和清洗；所述打磨包括采用不同目数的砂纸对钛合金表面进行逐级打磨，所述清洗包括采用无水乙醇及水进行超声清洗。
[0009]优选的，所述一次微弧氧化的步骤如下：将钛合金作为阳极，以惰性材料作为阴极，将其浸没至电解液中进行微弧氧化。
[0010]进一步的，所述电解液中含有Na3PO4、NaOH及NaF，三者的质量比为7～9：0.5～1.5：0.5～1.5；更进一步的，为7～9：1：1。上述优选的技术方案的一种具体实施方式中，所述一次微弧氧化的电解液组成如下：8g/L Na3PO4·
12H2O，1g/L NaOH和1g/L NaF。
[0011]进一步的，所述一次微弧氧化工艺参数为：采用恒压模式，正向电压为400V～500V，负向电压为0，正脉冲数为1，负脉冲数为1，正占空比为30％，负占空比为20％，频率为500～700Hz，时间为5～15min。
[0012]优选的，所述二次微弧氧化的步骤如下：
[0013]将一次微弧氧化处理后的钛合金作为阳极，以惰性材料作为阴极，将其浸没至电解液中进行微弧氧化。
[0014]进一步的，上述二次微弧氧化的电解液中含有(CH3COO)2Ca及Na2HPO4，两者的质量比为24～27：10～14。
[0015]进一步的，所述二次微弧氧化的工艺参数为：采用恒压模式，正向电压为450V
‑
500V，负向电压为0，正脉冲数为1，负脉冲数为1，正占空比为30％，负占空比为20％，频率为500～700Hz，时间为5
‑
15min。
[0016]本专利技术研究发现，上述二次微弧氧化后的生物合金与基体结合更加紧密，表面出更好的耐蚀性，在体液环境中使用不容易产生涂层脱落等问题。为了进一步改善该生物涂层的生物活性，本专利技术还提供以下技术方案，在二次微弧氧化的涂层中掺杂氧化石墨烯：
[0017]即，上述第一方面提供的又一种实施方式中，所述二次微弧氧化处理的电解液中，还具有氧化石墨烯。
[0018]进一步的，上述实施方式中，所述二次微弧氧化的电解液的成分如下：(CH3COO)2Ca、Na2HPO4及氧化石墨烯，三者的比例为24～27：10～14：0
‑
0.2g/L氧化石墨烯，其中，氧化石墨烯含量不为0。
[0019]具体的实施方式中，所述二次微弧氧化的电解液的成分如下：26.427g/L(CH3COO)2Ca，12.775g/L Na2HPO4，0.112g/L氧化石墨烯。
[0020]另外，该实施方式中，所述二次微弧氧化的工艺参数为：采用恒压模式，正向电压为450V，负向电压为0，正脉冲数为1，负脉冲数为1，正占空比为30％，负占空比为20％，频率为500～700Hz，时间为5～15min。
[0021]本专利技术第二方面，提供第一方面所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法获取的具有表面复合涂层的生物合金。
[0022]本专利技术第三方面，提供第二方面所述具有表面复合涂层的生物合金作为生物医用材料的应用。
[0023]优选的，所述生物医用材料表示用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料；进一步优选为骨、牙、关节、肌腱等骨骼
‑
肌肉系统修复材料，具体实例如人工骨或人工关节等。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1为实施例1
‑
5中所述微弧氧化制备钙磷膜层的宏观形貌；
[0026]其中，(a)为实施例1；(b)为实施例2；(c)为实施例3；(d)为实施例4；(e)为实施例5；
[0027]图2为实施例6
‑
10中制备钙磷膜层的宏观形貌；
[0028]其中，(a)为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：对生物合金表面进行一次微弧氧化处理，将处理后的生物合金置于含有钙和磷元素的电解液中进行二次微弧氧化处理。2.如权利要求1所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述生物合金为包括但不限于金、银、铂、不锈钢、钴基、钛合金中的一种；优选的，所述生物合金为钛合金；所述钛合金在复合涂层制备之前，还具有预处理过程，包括对钛合金表面进行打磨和清洗；所述打磨包括采用不同目数的砂纸对钛合金表面进行逐级打磨，所述清洗包括采用无水乙醇及水进行超声清洗。3.如权利要求1所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述一次微弧氧化的步骤如下：将钛合金作为阳极，以惰性材料作为阴极，将其浸没至电解液中进行微弧氧化。4.如权利要求3所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述电解液中含有Na3PO4、NaOH及NaF，三者的质量比为7～9：0.5～1.5：0.5～1.5；优选的，为7～9：1：1；或，所述一次微弧氧化工艺参数为：采用恒压模式，正向电压为400V～500V，负向电压为0，正脉冲数为1，负脉冲数为1，正占空比为30％，负占空比为20％，频率为500～700Hz，时间为5～15min。5.如权利要求3所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法，其特征在于，所述二次微弧氧化的步骤如下：将一次微弧氧化处理后的钛合金作为阳极，以惰性材料作为阴极，将其浸没至电解液中进行微弧氧化。6.如权利要求5所述生物合金表面复合钙磷微弧氧化涂层的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕彩，陈传忠，于慧君，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：