CN103014576A - 基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 - Google Patents
基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103014576A CN103014576A CN2013100016518A CN201310001651A CN103014576A CN 103014576 A CN103014576 A CN 103014576A CN 2013100016518 A CN2013100016518 A CN 2013100016518A CN 201310001651 A CN201310001651 A CN 201310001651A CN 103014576 A CN103014576 A CN 103014576A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tini alloy
- ultra
- fine grained
- tini
- ecap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法,其特征是它包括以下步骤:首先,以市购TiNi合金为原材料,对其进行等通道转角大应变加工(ECAP)制得超细晶TiNi合金;然后,将采用ECAP制得的超细晶TiNi合金,进行抛光,喷砂及清洗预处理;最后,将预处理后的超细晶TiNi合金,在电解液中进行阳极氧化处理,即可使TiNi合金表面具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。采用本发明方法处理后的TiNi合金表面具有更多纳米尺度的孔穴,更高的抗模拟体液电化学腐蚀性能,更低的摩擦系数、更高的耐磨性,以及更高的生物活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛材表面改性方法,尤其是一种提高钛材生物医用性能的方法,具体地说是一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法。
背景技术
先进的生物医用金属材料及表面处理是国家中长期科学和技术发展的优先主题。对于与自然骨(骨水泥)接触的植入体如人工关节基干、骨创伤产品、种植牙等,其表面不仅必须要有好的生物活性,而且必须要有好的抗微动摩擦损伤性能、好的抗腐蚀性能。近年来,TiNi合金由于其较好的生物医用性能,引起了国内外研究机构和专家学者的重视,但目前表面具有高抗腐蚀性、高微动摩擦磨损性、高生物活性等的生物医用TiNi合金的获得还是一个很大的挑战。
对于生物医用钛材进行组织结构超细/纳米化处理,可较好改善其强度、生物相容性等性能,而且还可以发挥其特有的对后续表面处理所具有的神奇诱导作用等。同时,阳极氧化与其他常见的表面处理方法(如等离子喷涂技术、激光熔融技术、溶胶—凝胶法)相比,其具有以下优点:阳极氧化过程中基体内部较低的温度避免了热效应对基体的不利因素;氧化膜与基体之间的结合相当牢固;基体表面原位生长的多孔膜,避免了膜层表面开裂的问题;电解液是碱性液体,避免了电解液对环境的污染等。
但是,据申请人所知,到目前为止,尚未有一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法可供使用。
发明内容
本发明的目的是针对目前TiNi合金生物医用性能尚不够理想的问题,发明一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法,从而为我国医用钛材的发展和更加广泛的应用提供支撑。
本发明的技术方案是:
一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法,其特征是它包括以下步骤:
首先,以市购TiNi合金为原材料,对其进行等通道转角大应变加工(ECAP)制得超细晶TiNi合金;
然后,对采用ECAP制得的超细晶TiNi合金进行预处理,以获得表面清洁光滑的超细晶TiNi合金,预处理所得的超细晶TiNi合金的表面粗糙度应控制在Ra≤1μm;
最后,将预处理后的超细晶TiNi合金在电解液中进行阳极氧化处理,即可获得表面具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性和高生物活性的生物医用TiNi合金。
所述的等通道转角大应变加工(ECAP)是将市购TiNi合金材料在400~500℃下进行等通道转角大应变挤压。
在进行所述的抛光、喷砂及清洗预处理时先将采用ECAP制备的超细晶TiNi合金依次用400#、800#、1000#金相砂纸打磨,待其表面氧化层全部去除且无明显划痕后,再在抛光机上进行抛光到粗糙度Ra≤0.63μm;接着再用180#或以下的玻璃珠对超细晶TiNi合金进行喷砂处理,使其表面粗糙度Ra≤1μm;然后,将喷砂处理后的超细晶TiNi合金依次用丙酮超声清洗至少20min后再用去离子水超声清洗至少10min,晾干即可。
所述的阳极氧化处理所采用的工艺参数为电解液温度为室温、脉冲电压为270~280V、氧化时间为1~9min、脉冲频率为550~650Hz,占空比为5~7 %。
本发明的有益效果:
(1)采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金具有高的抗腐蚀性,以实施例一为例,采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金,其在Kokubo人体模拟体液电化学腐蚀中的腐蚀电流密度仅为1.2008x10-7Amp/cm2,腐蚀速率仅为0.001514mm/a。
(2)采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金具有高的微动摩擦磨损性,以实施例一为例,在载荷1 N、时间10 min的试验条件下,采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金表面具有较低的摩擦系数和高的耐磨性,其平均值分别约为0.1032,其体积磨损率仅为处理前的约1/5。
(3)采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金具有高的生物活性,以实施例一为例,在Kokubo人体模拟体液中,采用本发明方法处理后的Ca/P为1.436(接近于标准HA的Ca/P比1.67),Ca-P层表现为典型的层状结构生长,Ca-P层生长速率为31.4815g/m2。
(4)本发明方法基于组织超细化和阳极氧化两种手段,使得处理后TiNi合金具有更多纳米尺度蚀坑,而纳米尺度蚀坑的作用在于贮存模拟体液,起到润滑作用,降低粘着磨损倾向。
(5)采用本发明方法处理后的TiNi合金表面具有更多纳米尺度的孔穴,更高的抗模拟体液电化学腐蚀性能,更低的摩擦系数、更高的耐磨性,以及更高的生物活性。
附图说明
图 1 是采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金表面在Kokubo人体模拟体液中浸泡21天后Ca-P层SEM形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法,包括以下步骤:
首先,以市购TiNi合金为原材料,对其进行等通道转角大应变加工(即ECAP)制得超细晶TiNi合金;进行等通道转角大应变加工时(ECAP,具体方法可参见申请人在先申请的相关专利),可先将市购TiNi合金材料在400~500℃下进行等通道转角大应变挤压(其中以450℃为最佳)。然后,将采用ECAP制得的超细晶TiNi合金,进行抛光,喷砂及清洗预处理。所述抛光、喷砂及清洗预处理步骤为:首先,将采用ECAP制备的超细晶TiNi合金依次用400#、800#、1000#金相砂纸打磨,待其表面氧化层全部去除且无明显划痕后,再在抛光机上进行抛光,抛光后的表面粗糙度Ra≤0.63μm;接着,用180#的玻璃珠对超细晶TiNi合金进行喷砂处理,使超细晶TiNi合金的表面粗糙度Ra≤1μm;然后,将喷砂处理后的超细晶TiNi合金依次用丙酮超声清洗至少20min后再用去离子水超声清洗至少10min,晾干即可。
最后,将预处理后的超细晶TiNi合金,在电解液中进行阳极氧化处理,即可使TiNi合金表面具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。阳极氧化处理所采用的工艺参数为:电解液温度为室温、脉冲电压为270~280V、氧化时间为1~9min、脉冲频率为550~650Hz,占空比为5~7 %。
实例一。
以市购TiNi合金为原材料进行等通道转角大应变挤压,经前述方法预处理后的表面粗糙度为Ra=0.8μm,阳极氧化处理工艺参数为:电解液温度为室温、脉冲电压为270V、氧化时间为9min、脉冲频率为600Hz,占空比6 %。采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金,其具有更多尺寸在纳米尺度的蚀坑,高的抗模拟体液电化学腐蚀性能,腐蚀电流密度为1.2008x10-7 Amp/cm2,腐蚀速率为0.001514mm/a,低的摩擦系数(平均值为0.1032)、高的耐磨性,更高的生物活性,Ca/P为1.436(接近于标准HA的Ca/P比1.67),Ca-P层表现为典型的层状结构生长(图1),Ca-P层生长速率为31.4815g/m2。
实例二。
以市购TiNi合金为原材料进行等通道转角大应变挤压,经前述方法预处理后的表面粗糙度为Ra=0.63μm,阳极氧化处理工艺参数为:电解液温度为室温、脉冲电压为280V、氧化时间为3min、脉冲频率为550Hz,占空比为5 %。采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金,其具有更多尺寸在纳米尺度的蚀坑,高的的抗模拟体液电化学腐蚀性能,低的摩擦系数、高的耐磨性,更高的生物活性,Ca/P为1.628(接近于标准HA的Ca/P比1.67),Ca-P层表现为典型的层状结构生长,Ca-P层生长速率为28.7037g/m2。
实施例三。
以市购TiNi合金为原材料进行等通道转角大应变挤压,经前述方法预处理后的表面粗糙度为Ra=1μm,阳极氧化处理工艺参数为:电解液温度为室温、脉冲电压为275V、氧化时间为1min、脉冲频率为650Hz,占空比为7 %。采用本发明方法处理后的生物医用TiNi合金,其具有更多尺寸在纳米尺度的蚀坑,高的的抗模拟体液电化学腐蚀性能,低的摩擦系数、高的耐磨性,更高的生物活性,Ca/P为1.581(接近于标准HA的Ca/P比1.67),Ca-P层表现为典型的层状结构生长,Ca-P层生长速率为29.4576g/m2。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法,其特征是它包括以下步骤:
首先,以市购TiNi合金为原材料,对其进行等通道转角大应变加工(ECAP)制得超细晶TiNi合金;
然后,对采用ECAP制得的超细晶TiNi合金进行预处理,以获得表面清洁光滑的超细晶TiNi合金,预处理所得的超细晶TiNi合金的表面粗糙度应控制在Ra≤1μm;
最后,将预处理后的超细晶TiNi合金在电解液中进行阳极氧化处理,即可获得表面具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性和高生物活性的生物医用TiNi合金。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述的等通道转角大应变加工(ECAP)是将市购TiNi合金材料在400~500℃下进行等通道转角大应变挤压。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是在进行所述的抛光、喷砂及清洗预处理时,先将采用ECAP制备的超细晶TiNi合金依次用400#、800#、1000#金相砂纸打磨,待其表面氧化层全部去除且无明显划痕后,再在抛光机上进行抛光到粗糙度Ra≤0.63μm;接着再用180#或以下的玻璃珠对超细晶TiNi合金进行喷砂处理,并控制其表面粗糙度Ra≤1μm;然后,将喷砂处理后的超细晶TiNi合金依次用丙酮超声清洗至少20min后再用去离子水超声清洗至少10min,晾干即可。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述的阳极氧化处理所采用的工艺参数为电解液温度为室温、脉冲电压为270~280V、氧化时间为1~9min、脉冲频率为550~650Hz,占空比为5~7 %。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2013100016518A CN103014576A (zh) | 2013-01-05 | 2013-01-05 | 基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2013100016518A CN103014576A (zh) | 2013-01-05 | 2013-01-05 | 基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103014576A true CN103014576A (zh) | 2013-04-03 |
Family
ID=47963686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2013100016518A Pending CN103014576A (zh) | 2013-01-05 | 2013-01-05 | 基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103014576A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105861966A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-08-17 | 山东建筑大学 | 银-碳化钛-硼化钛晶须增韧高强度钛合金抗菌医用材料 |
CN107313100A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-11-03 | 宿迁市河海大学研究院 | 一种黄色高强韧耐腐蚀az91镁合金块材的制备方法 |
CN107723778A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-02-23 | 太原理工大学 | 一种在NiTi合金表面制备Ni‑Ti‑O富Ni纳米孔的方法 |
CN109868495A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-06-11 | 深圳市中科摩方科技有限公司 | 一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO2纳米管阵列的方法及其应用 |
WO2021093791A1 (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种阳极氧化二氧化钛纳米管阵列及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101555597A (zh) * | 2009-05-13 | 2009-10-14 | 大连理工大学 | 一种镍钛合金表面氧化钛生物活性涂层的制备方法 |
CN102189143A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-09-21 | 哈尔滨工程大学 | 基于等径角挤压的超细晶镍钛形状记忆合金管制备方法 |
-
2013
- 2013-01-05 CN CN2013100016518A patent/CN103014576A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101555597A (zh) * | 2009-05-13 | 2009-10-14 | 大连理工大学 | 一种镍钛合金表面氧化钛生物活性涂层的制备方法 |
CN102189143A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-09-21 | 哈尔滨工程大学 | 基于等径角挤压的超细晶镍钛形状记忆合金管制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
许晓静等: "不同阳极氧化时间下常规和超细晶TiNi合金的生物活性", 《中国表面工程》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105861966A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-08-17 | 山东建筑大学 | 银-碳化钛-硼化钛晶须增韧高强度钛合金抗菌医用材料 |
CN105861966B (zh) * | 2016-06-27 | 2017-08-08 | 山东建筑大学 | 银‑碳化钛‑硼化钛晶须增韧高强度钛合金抗菌医用材料 |
CN107313100A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-11-03 | 宿迁市河海大学研究院 | 一种黄色高强韧耐腐蚀az91镁合金块材的制备方法 |
CN107723778A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-02-23 | 太原理工大学 | 一种在NiTi合金表面制备Ni‑Ti‑O富Ni纳米孔的方法 |
CN107723778B (zh) * | 2017-09-06 | 2020-01-07 | 太原理工大学 | 一种在NiTi合金表面制备Ni-Ti-O富Ni纳米孔的方法 |
CN109868495A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-06-11 | 深圳市中科摩方科技有限公司 | 一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO2纳米管阵列的方法及其应用 |
CN109868495B (zh) * | 2019-01-22 | 2020-01-14 | 深圳市中科摩方科技有限公司 | 一种在α+β双相钛合金上获得均匀TiO2纳米管阵列的方法及其应用 |
WO2021093791A1 (zh) * | 2019-11-12 | 2021-05-20 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种阳极氧化二氧化钛纳米管阵列及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103014576A (zh) | 基于组织超细化和阳极氧化的提高TiNi合金生物医用性能的方法 | |
CN103088348B (zh) | 钛表面多孔结构层低弹性模量生物活性陶瓷膜的制备方法 | |
CN109069690A (zh) | 具有纳米图案浅凹表面的种植体及其制造方法 | |
CN103933611A (zh) | 医用镁合金表面羟基磷灰石/聚乳酸复合涂层的制备方法 | |
CN103451706B (zh) | 一种钛表面直接生成含羟基磷灰石生物陶瓷膜的制备方法 | |
CN103643274B (zh) | 一种通过电沉积在钛表面制备氧化石墨烯层的方法及其应用 | |
CN104562145B (zh) | 一种复合氧化制备生物陶瓷膜的方法 | |
CN103110981A (zh) | 一种抗菌、活性氧化钛纳米管阵列复合涂层材料的制备 | |
JP5692729B2 (ja) | 金属処理 | |
CN101537208A (zh) | 一种钛或钛合金表面生物活性涂层及其制备方法 | |
CN104726921A (zh) | 二氧化钛/含锶氟羟基磷灰石生物活性纳米复合涂层及其制备方法和应用 | |
CN105154963A (zh) | 镁合金医用心脏支架电解抛光液及其表面抛光处理工艺 | |
CN109848546A (zh) | 一种钛及钛合金表面微纳结构修饰方法 | |
CN102586786A (zh) | 一种钛表面形成分级多孔形貌的方法 | |
CN102525675B (zh) | 在钛合金牙种植体表面制备微米亚微米双级微结构的方法 | |
CN103898591B (zh) | 一种直接制备含有羟基磷灰石的微弧氧化陶瓷膜的方法 | |
CN101560685B (zh) | 一种钛合金表面制备生物活性涂层的方法 | |
CN101555616B (zh) | 镍钛合金表面羟基磷灰石/二氧化钛复合涂层的制备方法 | |
CN103194781A (zh) | 一种用于可降解镁合金的生物活性表面改性方法 | |
CN106676605A (zh) | 具有点阵结构多孔的纯钛或钛合金表面多孔生物活性陶瓷膜的制备方法及其应用 | |
CN112410866A (zh) | 一种用于镍钛合金的电化学抛光液及抛光方法 | |
CN104694994A (zh) | 一种具有高生物活性及低降解速率生物医用镁或镁合金表面电化学处理的方法 | |
AU2020104227A4 (en) | Zinc-Calcium alloy series and preparation method and application thereof | |
CN102304746A (zh) | 聚吡咯磷酸钙/氧化镁生物陶瓷涂层及其制备方法 | |
CN103290455A (zh) | 一种高生物活性的具有微/纳米双重结构的二氧化钛薄膜及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130403 |