CN103866242A

CN103866242A - 医疗器械物理气相沉积(pvd)表面涂层技术

Info

Publication number: CN103866242A
Application number: CN201410104954.7A
Authority: CN
Inventors: 顾斌; 陈晓琥
Original assignee: CHANGZHOU KANGDING MEDICAL INSTR CO Ltd
Current assignee: CHANGZHOU KANGDING MEDICAL INSTR CO Ltd
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其步骤如下：对医疗器械依次进行清洗、粗抛光、粗研磨、精研磨、第一次清洗烘干、针对性处理、第二次清洗烘干和表面PVD涂层处理。将医疗器械试样放入离子镀膜机中进行镀膜，离子镀膜机沉积温度为150℃～450℃，沉积时间为2～4小时，制备所需的镀层，然后放入真空炉进行真空冷却，冷却后出炉。本发明采用PVD技术对医疗器械进行处理应用，使得医疗器械产品不仅表面有很好的耐磨性、防腐性、硬度值、绿色环保性、膜层和基体的结合力，而且多种基体材料均适合，特别是有良好的生物相容性，对人体的环保无害。

Description

医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是一种医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

物理气相沉积是通过蒸发，电离或溅射等过程，产生金属粒子并与反应气体反应形成化合物沉积在工件表面。物理气象沉积方法有真空镀，真空溅射和离子镀三种，目前应用较广的是离子镀。

离子镀是借助于惰性气体辉光放电，使镀料（如金属钛）气化蒸发离子化，离子经电场加速，以较高能量轰击工件表面，此时如通入CO2，N2等反应气体，便可在工件表面获得TiC,TiN覆盖层，硬度高达2000HV。离子镀的重要特点是沉积温度只有80-500℃左右，且覆盖层附着力强，离子镀的优点如下：①膜层和基体结合力强。②膜层均匀，致密。③在负偏压作用下绕镀性好。④无污染。⑤多种基体材料均适合于离子镀。

在国内PVD表面处理技术主要应用于刀具、模具、汽车配件、高档钟表等，国内医疗器械表面处理技术普遍使用硝酸钝化、电镀、盐浴TD、CVD，在其耐磨性、工艺温度、环保、耐腐蚀性、表面硬度、膜层和基体的结合力、适用材料的多样性、更重要与人体的生物相容性上均不及此表面技术。

而医疗器械表面处理以前的硝酸类钝化—容易划伤、耐腐蚀性差。水电镀—表面厚度不均匀、需要很大配合尺寸。盐浴TD—工艺温度高、需二次热处理需要很大配合尺寸。化学气相沉积CVD—工艺温度高、需二次热处理。急需一种先进的医疗器械表面处理方法。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供了一种医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其步骤如下：对医疗器械先依次进行清洗、粗抛光、粗研磨、精研磨、第一次清洗烘干、针对性处理、第二次清洗烘干，再进行表面PVD涂层处理。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述表面PVD涂层处理方法为：将医疗器械试样放入离子镀膜机中进行镀膜，离子镀膜机沉积温度为150℃～450℃，沉积时间为2～4小时，制备所需的镀层，然后放入真空炉进行真空冷却，冷却后出炉。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述镀层为TiN镀层、CrN镀层、或DLC镀层。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述清洗、第一次清洗烘干、第二次清洗烘干为：在金属清洗剂中进行超声波清洗。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述粗抛光、粗研磨均在震动研磨机上进行。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述精研磨在离心时研磨机上进行。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括—所述针对性处理为喷砂或抛丸。本方案中气相沉积前喷砂处理能把试样表面的锈皮等一切污物清除，并在试样表面建立起十分重要的基础图式，而且可以通过调换不同粒度的磨料，比如飞展磨料磨具的磨料达到不同程度的粗糙度，大大提高试样与镀膜层的结合力，沉积膜粘附更牢固，质量更好。本方案中抛丸可使试样的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，改变工件的焊接拉应力为压应力，通过提高工件表面的粗糙度，提高工件后续沉积膜层附着力。两者可灵活转换使用，在气相沉积前的针对性预处理可有小提高膜层和器械机体的结合力。

本发明的有益效果是，采用PVD技术对医疗器械进行处理应用，使得医疗器械产品不仅表面有很好的耐磨性、防腐性、硬度值、绿色环保性、膜层和基体的结合力，而且多种基体材料均适合，特别是有良好的生物相容性，对人体的环保无害。

具体实施方式

下面结合实施例1、2、3对本发明进一步说明。

实施实例1

1.1)制作试样工件进行PVD涂层处理，首先将试样在77-2清洗剂中超声波清洗、在震动研磨机粗研磨、在离心式研磨机精研磨、在77-2清洗剂中超声波清洗烘干、在喷砂机均匀喷砂、清洗烘干。

1.2)将烘干后的试样放入离子镀膜机中进行镀膜，制备TiN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450°C，总沉积时间为2H，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到120°C，试样出炉。

1.3)镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

1.4)其材料性能如下：

显微硬度：HV=2000；表面粗糙度：0. 585 Ra ；TiN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：52. 20 N ；摩擦系数0.4，热稳定性500-600℃。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。

实施实例2

2.1)制作试样工件进行PVD涂层处理，首先将试样在77-2清洗剂中超声波清洗、在震动研磨机粗研磨、在离心式研磨机精研磨、在77-2清洗剂中超声波清洗烘干、在抛丸机均匀抛丸、清洗烘干。

2.2)将烘干后的试样放入离子镀膜机中进行镀膜，制备CrN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380°C，总沉积时间为3H，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到120°C，试样出炉。

2.3)镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

2.4)其材料性能如下：

显微硬度：HV=2000；表面粗糙度：0. 585 Ra ；CrN镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：52. 20 N ；摩擦系数0.2，热稳定性600-700℃。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。

实施实例3

3.1)制作试样工件进行PVD涂层处理，首先将试样在77-2清洗剂中超声波清洗、在震动研磨机粗研磨、在离心式研磨机精研磨、在77-2清洗剂中超声波清洗烘干、在干式喷砂机均匀喷砂、清洗烘干。

3.2)将烘干后的试样放入离子镀膜机中进行镀膜，制备DLC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150°C，总沉积时间为4H，镀层厚度约为3μm。真空炉冷到80°C，试样出炉。

3.3)镀膜完成后，经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

3.4)其材料性能如下：

显微硬度：HV=2000；表面粗糙度：0. 585 Ra ；DLC镀层与基体之间结合力的最高临界载荷：52. 20 N ；摩擦系数0.06-0.1，热稳定性300℃。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。

对实施例1、2、3物理气相沉积的试样分别进行盐雾耐腐蚀铜加速测试，

其测试方法为：盐溶液中加入少量铜盐，获得喷雾溶液，对PVD涂层处理过的试样分别进行连续喷雾，诱发腐蚀，记录其耐腐蚀的时间。具体试验条件如下：试验溶液：5%NaCl+0.2g/LCuCl2；溶液PH值：3.1~3.3，用醋酸和氢氧化钠调PH ；喷雾量：1~2ml/(80cm2.h)；雾化室温度：50±2℃。

其结果如下表：

有上述测试结果可以看出，PVD技术应用于医疗器械行业上,医疗器械产品表面具有很好的耐磨性、防腐性。又因为TiN镀层、CrN镀层、DLC镀层等显微硬度达HV=2000，表面粗糙度达0. 585 Ra，各镀层与基体之间结合力的最高临界载荷达52. 20 N，抗磨损能力是各自无镀层试样的13倍；寿命是各自无镀层试样的3倍左右，本发明是具有较高的硬度值、绿色环保性、膜层和基体的结合力，具有良好的生物相容性，可以实现对人体的环保无害。

本发明的医疗器械表面做物理气相沉积PVD，工艺温度低、不需二次热处理，适用于很小配合尺寸的零件。

Claims

1.一种医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，步骤如下：

对医疗器械先依次进行清洗、粗抛光、粗研磨、精研磨、第一次清洗烘干、针对性处理、第二次清洗烘干，再进行表面PVD涂层处理。

2.根据权利要求1所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述表面PVD涂层处理方法为：将医疗器械试样放入离子镀膜机中进行镀膜，离子镀膜机沉积温度为150℃～450℃，沉积时间为2～4小时，制备所需的镀层，然后放入真空炉进行真空冷却，冷却后出炉。

3.根据权利要求2所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述镀层为TiN镀层、CrN镀层、或DLC镀层。

4.根据权利要求1所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述清洗、第一次清洗烘干、第二次清洗烘干为：在金属清洗剂中进行超声波清洗。

5.根据权利要求1所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述粗抛光、粗研磨均在震动研磨机上进行。

6.根据权利要求1所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述精研磨在离心时研磨机上进行。

7.根据权利要求1所述的医疗器械物理气相沉积(PVD)表面涂层技术，其特征是，所述针对性处理为喷砂或抛丸。