CN102392221A

CN102392221A - 钛及钛合金手术器械表面涂覆TiAlN的方法

Info

Publication number: CN102392221A
Application number: CN2011103361135A
Authority: CN
Inventors: 杨伏良; 易丹青; 刘会群
Original assignee: HUNAN MAIDIKE NOVEL MATERIALS Co Ltd
Current assignee: HUNAN MAIDIKE NOVEL MATERIALS Co Ltd
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2012-03-28

Abstract

钛及钛合金表面涂覆TiAlN的制备方法，它涉及一种钛及钛合金表面涂覆TiAlN的制备工艺。本发明按照下述步骤进行：a.准备好钛合金试样材料，然后进行试样镀层制备前的检查，经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干；b.采用8弧源多弧离子镀膜机制备TiAlN镀层，将烘干后的试样装炉，进行离子轰击清洗，之后制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉；c.TiAlN镀层的制备工艺参数为：靶电流60-70A，基体负偏压为-100～-400V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃和600℃，总沉积时间为120min，镀层厚度约为3μm真空炉冷到80℃，试样出炉；d.涂层表面EDS分析；e.镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。本发明得到的TiAlN化学稳定性好、抗氧化磨损能力强、强度高、耐磨性好。

Description

钛及钛合金手术器械表面涂覆TiAlN的方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金的表面处理，尤其涉及医用外科手术器械用钛合金的表面处理及其制备方法。

背景技术

近些年来，由于钛及钛合金较其它金属材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀性好、耐热性高、不生锈等材质性能优势，从而被人们推广到了外科手术医疗器械领域。

但需要指出的是，钛及钛合金部件因表面硬度低而易于划伤，长期使用过程中其外观及使用质量逐渐下降，降低了手术医疗器械的寿命。同时钛及钛合金部件因其大的摩擦系数造成器械滑动、旋转部位快速磨损或咬死而损坏。为了改善上诉问题，国内外积极研究开发各种表面处理方法，以求提高钛及钛合金部件的耐磨性。

目前常用的涂层方法有:化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积（PVD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)、热喷涂法、等离子喷涂以及化学涂覆法等。

为解决上述问题，本发明涉及一种钛合金的表面处理，尤其涉及医用外科手术器械用钛合金的表面处理及其制备方法，得到的TiAlN化学稳定性好、抗氧化磨损能力强、强度高、耐磨性好。

发明内容

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本次所用基体材料为TC4钛合金，即Ti6Al4V合金，其化学成分为： ω(Al)=6.0％；ω(V)=3.8％；ω(C)=0.1％；ω(Fe)=0.3％；Ti余量。

为了改善钛合金的性能，在其表面涂覆TiAlN，其制备方案如下：

1）准备好钛合金试样材料，然后进行试样镀层制备前的检查，经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干。

2）采用8弧源多弧离子镀膜机制备TiAlN镀层，将烘干后的试样装炉，进行离子轰击清洗，之后制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉。

3）TiAlN镀层的制备工艺参数为：靶电流60-70 A，基体负偏压为-100～-400 V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃和600℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80℃，试样出炉。

4）涂层表面EDS分析

元素	质量分数/﹪	原子数分析/﹪
			N	27.14	50.77
Al	22.06	25.43
			Ti	50.80	23.80
合计	100.00	100.00

5）镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

本发明的优点是：一是相对于不锈钢表面镀层外科手术医疗器械来说，钛及钛合金医疗器械经过TiAlN镀膜，其重量轻、表面硬度高、摩擦系数小，解决了医疗手术器械的旋转部位因快速磨损或咬死而损害的问题。二是，这是对于钛及钛合金医疗手术器械的表面处理的一种新的方式，其TiAlN膜层厚度均匀，组织致密，膜层内层与基体结合良好。

具体实施方法

采用本发明可对钛及钛合金制作的牵开器、钳子、镊子、拉勾等多种外科手术器械进行表面涂层处理。将钛或钛合金各类手术器械分类，分别依照：洗洁精、盐酸、乙醇、丙酮超声波液清洗—入离子镀膜机中镀膜—水洗—擦拭烘干—组装—包装的工艺流程进行。

本发明的具体实施发法优选如下：

实施例一：

1)制作钳子系列手术器械，如咬骨钳，首先将以TC4钛合金制成的咬骨钳零部件经过经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干。

2）将烘干后的试样用铜箔包覆，只裸露出需要镀膜的刃口部分，放入离子镀膜机（PVD）中，制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉。其工艺参数如下：靶电流60-70 A，基体负偏压为-300V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80℃，试样出炉。

3）镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

4）其材料性能如下：

显微硬度：HV_0.025=23.5GPa；表面粗糙度：0.585μm ；TiAlN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：56.42 N；抗磨损能力：是无镀层试样的13倍；寿命：是无镀层试样的3倍左右。

实施例二：

1）制作镊子系列手术器械，如显微镊，首先将以TC4钛合金制成的显微镊零部件经过经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干。

2）将烘干后的试样用铜箔包覆，只裸露出需要镀膜的镊子端部工作部位，放入离子镀膜机（PVD）中，制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉。其工艺参数如下：靶电流60-70 A，基体负偏压为-200V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80℃，试样出炉。

3）镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

4）其材料性能如下：

显微硬度：HV_0.025=21.5GPa；表面粗糙度：0.585μm；TiAlN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：45 N；抗磨损能力：是无镀层试样的13倍；寿命：是无镀层试样的3倍左右。

实施例三：

1）制作手术器械拉勾系列，如医用拉勾，首先将以TC4钛合金制成的医用拉钩零部件经过经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干。

2）将烘干后的试样用铜箔包覆，只裸露出需要镀膜的拉勾部位，放入离子镀膜机（PVD）中，制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉。其工艺参数如下：靶电流60-70 A，基体负偏压为-400V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80℃，试样出炉。

3）镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

4）其材料性能如下：

显微硬度：HV_0.025=20.3GPa；表面粗糙度：0.585μm；TiAlN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：41.25 N；抗磨损能力：是无镀层试样的13倍；寿命：是无镀层试样的3倍左右。

实施例四：

1）制作手术器械手术剪刀，首先将以TC4钛合金制成的牵开器零部件经过经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干。

2）将烘干后的试样放入离子镀膜机中进行镀膜，制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉。其工艺参数如下：靶电流60-70 A，基体负偏压为-250V，N₂分压0.32Pa，沉积温度600℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80℃，试样出炉。

3）镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

4）其材料性能如下：

显微硬度：HV_0.025=22.6GPa；表面粗糙度：0.585μm；TiAlN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：52.20 N；抗磨损能力：是无镀层试样的13倍；寿命：是无镀层试样的3倍左右。

Claims

1.一种钛及钛合金手术器械表面涂覆TiAlN的制备方法，其特征在于钛及钛合金手术器械表面涂覆TiAlN的制备方法如下：一、准备好钛合金试样材料，然后进行试样镀层制备前的检查，经过在三氯乙烯中超声波清洗、汽油清洗(两次)、水洗、酸洗、乙醇清洗，最后烘干；二、采用8弧源多弧离子镀膜机制备TiAlN镀层，将烘干后的试样装炉，进行离子轰击清洗，之后制备TiAlN镀层，然后真空冷却，出炉；三、TiAlN镀层的制备工艺参数为：靶电流60-70 A，基体负偏压为-100～-400 V，N₂分压0.32Pa，沉积温度500℃和600℃，总沉积时间为120 min，镀层厚度约为3μm真空炉冷到80℃，试样出炉；四、涂层表面EDS分析；五、镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

2.根据权利要求1所述的钛及钛合金手术器械表面涂覆TiAlN的制备方法，其特征在于步骤二所述的试样局部涂覆的方法，即将烘干后的试样用铜箔包覆，只裸露出需要镀膜的刃口部分，放入离子镀膜机（PVD）中，制备TiAlN镀层。