CN103628112A - 一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法，其特征是：以钛或钛合金Ti6Al4V作为阳极，以石墨片作为阴极，含10-30wt%氯化钠的HF溶液作为电解液，其中HF的浓度为0.1-0.7wt%；电解氧化阳极钛使其表面形成含氯离子的氧化钛纳米管阵列；以硝酸银作为浸泡液；将钛基氧化钛纳米管阵列浸泡于硝酸银溶液后，取出通过热处理的方法使管腔内形成的氯化银进一步固化，使氧化钛纳米管阵列结构坍塌并使其晶相结构转变为锐态型和金红石型混合型，得到具有抗菌性和生物活性的氧化钛氯化银复合涂层材料；本发明的目的是提供费用低廉且不需要昂贵设备的在钛合金表面制备兼具抗菌性和生物活性的涂层材料的一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法。

Description

一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种在医用钛合金表面制备兼具抗菌性和生物活性的复合涂层材料的方法，属于骨修复生物材料制备技术。 

背景技术

钛及钛合金因其生物相容性好、机械性能强等优点在牙科及外科矫形种植领域中广泛应用。但其生物惰性以及非抗菌性，将其植入人体后，容易发生变形、松动、发炎，造成植入体失效。利用表面改性技术赋予其生物活性及抗菌性后，可使新骨直接沉积于钛合金表面形成骨性结合，且可以移植材料周围细菌生长，降低炎症发生率，提高种植体保存率。

为使钛及钛合金即具有生物活性，又具有抗菌性，Baoe Li等（Materials Chemistry and Physics,118(2009)99-104）报道了利用激光喷涂的方法在钛合金表面制备得到了即具有生物活性又具有抗菌性的纳米氧化钛银复合涂层材料。Yikai Chen等（Surface &Coating Technology,204(2009)685-690）报道了利用化学处理以及真空等离子喷涂的方法在钛合金表面制备得到了即具有生物活性又具有抗菌性的纳米氧化钛银复合涂层材料。但这些方法费用较高，设备昂贵。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种费用低廉且不需要昂贵设备的在钛合金表面制备兼具抗菌性和生物活性的涂层材料的一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法。 

本发明的特征在于：以钛或钛合金Ti6Al4V作为阳极，以石墨片作为阴极，含10-30wt%氯化钠的HF溶液作为电解液，其中HF的浓度为0.1-0.7wt% ；电解氧化阳极钛使其表面形成含氯离子的氧化钛纳米管阵列；以硝酸银作为浸泡液；将钛基氧化钛纳米管阵列浸泡于硝酸银溶液后，取出通过热处理的方法使管腔内形成的氯化银进一步固化，使氧化钛纳米管阵列结构坍塌并使其晶相结构转变为锐态型和金红石型混合型，得到具有抗菌性和生物活性的氧化钛氯化银复合涂层材料。

具体包括以下步骤：

（1）含氯离子的氧化钛纳米管阵列的制备：

将钛或钛合金Ti6Al4V基体作为阳极，石墨片作为阴极，含10-30wt%氯化钠的HF溶液作为电解液，其中HF的浓度为0.1-0.7wt% ；将所述钛或钛合金Ti6Al4V基体作为的阳极，石墨片作为的阴极置于所述电解液中，以10—30V的电压阳极氧化20—40分钟后取出，用蒸馏水清洗，于100℃烘干，即得含氯离子的氧化钛纳米管阵列；

（2）AgNO3浸泡液的制备：

称取2.2g—22g硝酸银溶解于10ml蒸馏水中，即得AgNO3浸泡液；

（3）浸泡：

将步骤（1）得到的烘干的含氯离子的氧化钛纳米管阵列避光浸泡于AgNO3浸泡液中5—10分钟；

（4）热处理：用蒸馏水将步骤（3）中浸泡了AgNO3浸泡液的含氯离子的氧化钛纳米管阵列表面清洗干净后，在100℃烘干，之后将其置于马弗炉，于500—600℃条件热处理3-4小时，随炉冷却即得 钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

有益效果 

采用上述方案得到的钛基氧化钛氯化银复合涂层材料具有如下特点：

①含氯氧化钛纳米管阵列的制备确保了管中氯化银的形成，使材料具有长期的抗菌稳定性。

②热处理使氯化银与氧化钛均匀混合，且表面抗菌性能和生物活性趋于一致。

③热处理使涂层中氧化钛晶相结构转变为锐态型和金红石型，具有较高的生物活性。

④涂层厚度可控制在100nm-300nm范围，涂层与钛基体的结合强度高。

⑤复合涂层均匀分布于钛基表面，能阻止基体中钛离子的释放，提高基体的耐蚀性。

⑥具有明显的生物活性，材料在模拟体液中浸泡10天后，表面能诱导骨磷灰石形成。

⑦具有明显的抗菌性能，材料在细菌培养试验18小时后，材料周围出现明显的抑菌圈，能有效抑制细菌的繁殖。

具体实施方式

实施例1：

以纯钛为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含10wt%氯化钠的0.5wt%HF溶液为电解液，在20V电压下阳极氧化20min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于0.5g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在570℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例2：

以Ti6Al4V为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含20wt%氯化钠的0.3wt%HF溶液为电解液，在15V电压下阳极氧化30min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于5g·mL^-1 AgNO3浸泡液，6分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在550℃条件下热处理4小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例3:

以纯钛为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含10wt%氯化钠的0.1wt%HF溶液为电解液，在20V电压下阳极氧化40min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于0.5g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在580℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例4:

以纯钛为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含10wt%氯化钠的0.7wt%HF溶液为电解液，在20V电压下阳极氧化40min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于0.5g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在600℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例5:

以纯钛为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含30wt%氯化钠的0.1wt%HF溶液为电解液，在10V电压下阳极氧化40min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于0.5g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在550℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例6:

以Ti6Al4V为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含30wt%氯化钠的0.1wt%HF溶液为电解液，在10V电压下阳极氧化40min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于2g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在550℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

实施例7:

以Ti6Al4V为基体，表面经金相砂纸抛光、清洗、烘干后作为阳极，以光谱纯石墨片为阴极，以含30wt%氯化钠的0.1wt%HF溶液为电解液，在10V电压下阳极氧化40min后取出清洗。在100℃条件下烘干后，浸泡于3g·mL^-1 AgNO3浸泡液，8分钟后取出，以蒸馏水清洗表面，100℃烘干后置于马弗炉中，在550℃条件下热处理3小时后，随炉冷却即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。

Claims (1)

1. 一种钛基氧化钛氯化银复合涂层材料的制备方法，其特征是：

以钛或钛合金Ti6Al4V作为阳极，以石墨片作为阴极，含10-30wt%氯化钠的HF溶液作为电解液，其中HF的浓度为0.1-0.7wt% ；电解氧化阳极钛使其表面形成含氯离子的氧化钛纳米管阵列；以硝酸银作为浸泡液；将钛基氧化钛纳米管阵列浸泡于硝酸银溶液后，取出通过热处理的方法使管腔内形成的氯化银进一步固化，使氧化钛纳米管阵列结构坍塌并使其晶相结构转变为锐态型和金红石型混合型，得到具有抗菌性和生物活性的氧化钛氯化银复合涂层材料；

具体包括以下步骤：

（1）含氯离子的氧化钛纳米管阵列的制备：

将钛或钛合金Ti6Al4V基体作为阳极，石墨片作为阴极，含10-30wt%氯化钠的HF溶液作为电解液，其中HF的浓度为0.1-0.7wt% ；将所述钛或钛合金Ti6Al4V基体作为的阳极，石墨片作为的阴极置于所述电解液中，以10—30V的电压阳极氧化20—40分钟后取出，用蒸馏水清洗，于100℃烘干，得含氯离子的氧化钛纳米管阵列；

（2）AgNO3浸泡液的制备：

称取2.2g—22g硝酸银溶解于10ml蒸馏水中，即得AgNO3浸泡液；

（3）浸泡：

将步骤（1）得到的烘干的含氯离子的氧化钛纳米管阵列避光浸泡于AgNO3浸泡液中5—10分钟；

（4）热处理：用蒸馏水将步骤（3）中浸泡了AgNO3浸泡液的含氯离子的氧化钛纳米管阵列表面清洗干净后，在100℃烘干，之后将其置于马弗炉，于500—600℃条件热处理3-4小时，随炉冷却，即得钛基氧化钛氯化银复合涂层材料。