CN106109059A - 假体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种假体结构，包括假体主体，假体结构还包括保护涂层，保护涂层涂覆在假体主体的外表面。本发明中的假体结构包括假体主体和包覆在假体主体上的保护涂层，由于保护涂层涂覆在假体主体的外表面，这样，保护涂层便可以包裹住材质为Ti6Al4V合金的假体主体的外表面，防止因Al、V离子析出而出现假体无菌性松动的情况出现，提高了假体的寿命，且防止Al离子和V离子对人体的损害，提高假体使用的安全性和可靠性。

Description

假体结构
技术领域
本发明涉及医学治疗领域，具体而言，涉及一种假体结构。
背景技术
Ti6Al4V合金因为较好的生物相容性、耐蚀性、高强度、弹性模量与骨皮质相近等优越性能，被广泛的用于医学领域。但是长期用于人体环境中将会释放Al、V离子。Al和V离子对人体具有毒性，致癌和致畸的可能。而且Al使Ti表面电位正移，在与血栓液接触的环境中会导致纤维蛋白的沉积而形成血栓。这就降低了材料使用的安全性和可靠性。
目前，大部分髋关节和有一部分膝关节采用的材质是Ti6Al4V合金，然后在关节面做相应的改性处理，增加其耐磨性与硬度。骨界面处对耐磨性要求不高，但Al、V离子析出会导致假体无菌性松动，降低假体寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种假体结构，以解决现有技术中的假体结构的寿命较低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种假体结构，包括假体主体，假体结构还包括保护涂层，保护涂层涂覆在假体主体的外表面。
进一步地，保护涂层为溅射沉积镀膜。
进一步地，保护涂层为合金涂层。
进一步地，保护涂层为钽钛镁合金涂层。
进一步地，保护涂层靠近假体主体一侧的涂层段的钽含量小于其钛含量。
进一步地，保护涂层远离假体主体一侧的涂层段的钽含量大于其钛含量。
进一步地，保护涂层包括Ta2O5保护膜。
进一步地，保护涂层包括TiO2保护膜。
进一步地，假体结构为髋关节假体，保护涂层涂覆在髋关节假体的骨界面上。
进一步地，髋关节假体包括股骨柄和与股骨柄连接的股骨颈，保护涂层涂覆在股骨柄上。
本发明中的假体结构包括假体主体和包覆在假体主体上的保护涂层，由于保护涂层涂覆在假体主体的外表面，这样，保护涂层便可以包裹住材质为Ti6Al4V合金的假体主体的外表面，防止因Al、V离子析出而出现假体无菌性松动的情况出现，提高了假体的寿命，且防止Al离子和V离子对人体的损害，提高假体使用的安全性和可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的假体结构的实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、假体主体；20、股骨柄；30、股骨颈。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种假体结构，请参考图1，该假体结构包括假体主体10，假体结构还包括保护涂层，保护涂层涂覆在假体主体10的外表面。
本发明中的假体结构包括假体主体10和包覆在假体主体10上的保护涂层，由于保护涂层涂覆在假体主体10的外表面，这样，保护涂层便可以包裹住材质为Ti6Al4V合金的假体主体10的外表面，防止因Al、V离子析出而出现假体无菌性松动的情况出现，提高了假体的寿命，且防止Al离子和V离子对人体的损害，提高假体使用的安全性和可靠性。
为了便于形成该保护涂层，本方案采用溅射的方式，即保护涂层为溅射沉积镀膜。
具体地，保护涂层为合金涂层。
进一步地，保护涂层为钽钛镁合金涂层。钽、钛这两种金属对人体没有伤害，具有较高的安全性。
在本实施例中，保护涂层靠近假体主体10一侧的涂层段的钽含量小于其钛含量。通过使在靠近假体主体10一侧的涂层段的Ta含量小于Ti含量，使贴近Ti6Al4V基材处，Ti的含量高，可以使涂层与基体的分界线模糊化，也可以增强涂层的粘附性，延长关节假体寿命。
在本实施例中，保护涂层远离假体主体10一侧的涂层段的钽含量大于其钛含量。在合金涂层外部，Ta的含量高，可以使涂层真空扩散后Ta充分混合到涂层中，增强固溶强化作用，提高涂层强度，延长关节假体寿命。
在本实施例中，保护涂层包括Ta2O5保护膜。
在本实施例中，保护涂层包括TiO2保护膜。
Ta金属与Ti金属都可以与氧发生化学反应，分别生成Ta2O5与TiO2的氧化物薄膜，耐腐蚀性强，遭受人体体液腐蚀破坏的风险低。
该合金涂层还包括镁金属，镁金属的弹性模量为40Gpa，与人体骨的弹性模量(10-30Gpa)相近，可降低应力遮挡效应。镁金属可以与氧发生化学反应，生成MgO，其耐蚀性能不如Ta2O5与TiO2强，但Mg是人体必需的微量元素，可通过被人体代谢掉，所以对人体不会造成影响。
在本实施例中，假体结构为髋关节假体，保护涂层涂覆在髋关节假体的骨界面上。
在本实施例中，如图1所示，髋关节假体包括股骨柄20和与股骨柄20连接的股骨颈30，保护涂层涂覆在股骨柄20上。优选地，保护涂层涂覆在髋关节假体的股骨柄的外周面。
可见，本实施例通过在骨界面处制备涂层，可以提高钛合金材质假体的安全性和使用寿命。
本方案是通过磁控溅射的方法在膝关节骨界面处制备TaTiMg梯度合金涂层。
本方案的目的是解决上述髋关节假体材料的不足，在人工髋关节假体表面制备一种安全、无毒、耐用的梯度合金涂层。
为了实现上述目的，本发明采用了磁控溅射TaTiMg梯度合金涂层+真空扩散的工艺，工艺原理如下：
磁控溅射即是动能交换的过程，当入射粒子以几十伏的能量入射到靶材表面时，发生弹性碰撞，能量传递给靶表面原子，靶面原子再把这种能量传递给内部原子，这样，能量被逐次传递。当其中一个原子获得指向靶面向外的动量，同时这种动量足够克服表面势垒时，即可以脱离靶面成为溅射原子。被溅射出的原子的能量仅为入射粒子能量的1％左右，大部分能量被消耗在与表层原子的碰撞中。
溅射一般只发生在表面几纳米的原子中，因此，可认为溅射发生时原子从表面开始剥离。溅射沉积镀膜即是在高真空条件下，用高能粒子轰击靶材，被轰击出来的粒子充斥在真空室气氛中从而沉积在基体表面生成所需的膜层。溅射涂层技术具有操作简单、工艺重复性好、易实现自动控制等优点。
真空扩散是为了使溅射涂层的粘结力进一步增加，溅射完成之后再经过真空扩散，即置于真空高温环境中(不要超过基材的熔点)保温一定时间，然后切断电源随炉冷却，使涂层原子与基体原子在交界处充分混合，从而增加涂层粘结力。
本方案采用TaTiMg共同溅射的形式，分别将Ta靶材、Ti靶材和Mg靶材装在溅射仪中。溅射仪的靶台采用特殊设计，靶遮挡板在伺服电机的带动下可以完成打开与闭合动作。当靶遮挡板全部打开，则靶材的全面积发生溅射作用，那逃逸的靶材原子就多，所以合金涂层中含此金属的比重就大；反之，合金涂层中含此金属的比重就小。
除靶材金属外，其他部件均采用不易发生溅射作用的材料，可以避免对涂层产生干扰。
设计此装置可以在制备TaTiMg梯度合金涂层时，实时控制Ta、Ti和Mg元素的比重，可以制备出贴近基材处Ta含量低Ti含量高Mg含量定值，远离基材处Ta含量高Ti含量低Mg含量定值的梯度涂层。
本方案是在髋关节表面制备的是TaTiMg梯度合金涂层，采用此涂层的优点如下：
(1)Ta金属、Ti金属和Mg金属都是生物相容性材料，对人体没有毒副作用。
(2)Ta金属、Ti金属和Mg金属的弹性模量较低，尤其是Mg金属，其弹性模量(40Gpa)与人骨的弹性模量(10-30Gpa)非常接近，适合做骨科植入性材料。
(3)Ta金属与Ti金属都可以与氧发生化学反应，分别生成Ta2O5与TiO2的氧化物薄膜，耐腐蚀性强，遭受人体体液腐蚀破坏的风险低；Mg金属与氧发生化学反应，生成MgO，其耐蚀性能不如Ta2O5与TiO2强，但Mg是人体必需的微量元素，可通过被人体代谢掉，所以对人体不会造成影响。
(4)Ta涂层表面改性处理能有效提高钛合金的抗腐蚀和抗电化学腐蚀性能，为解决生物医用钛合金植入体无菌性松动的问题提供了保证。
(5)在高温状态下，Ti金属可与基体材料(Ti6Al4V)中的Ti相互置换，从而提高合金涂层的粘附力，延长髋关节假体使用寿命。
(6)合金涂层存在固溶强化作用，即一种金属元素固溶于另一种金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象，这比单质涂层力学性能好，不容易产生涂层开裂的现象。
因此，在TaTi合金涂层中再添加微量的Mg，可以提高合金涂层的固溶强化作用，增加涂层的使用寿命。
(7)在贴近Ti6Al4V基材处，Ti的含量高，可以使涂层与基体的分界线模糊化，也可以增强涂层的粘附性，延长髋关节假体寿命；
在合金涂层外部，Ta的含量高，可以使涂层真空扩散后Ta充分混合到涂层中，增强固溶强化作用，提高涂层强度，延长髋关节假体寿命。Mg的含量定值，但尽量均匀的分散到涂层中去，提高固溶强化作用，提高涂层强度，延长髋关节假体寿命。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明中的假体结构包括假体主体和包覆在假体主体上的保护涂层，由于保护涂层涂覆在假体主体的外表面，这样，保护涂层便可以包裹住材质为Ti6Al4V合金的假体主体的外表面，防止因Al、V离子析出而出现假体无菌性松动的情况出现，提高了假体的寿命，且防止Al离子和V离子对人体的损害，提高假体使用的安全性和可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种假体结构，包括假体主体(10)，其特征在于，所述假体结构还包括保护涂层，所述保护涂层涂覆在所述假体主体(10)的外表面。
2.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层为溅射沉积镀膜。
3.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层为合金涂层。
4.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层为钽钛镁合金涂层。
5.根据权利要求4所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层靠近所述假体主体(10)一侧的涂层段的钽含量小于其钛含量。
6.根据权利要求4或5所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层远离所述假体主体(10)一侧的涂层段的钽含量大于其钛含量。
7.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层包括Ta2O5保护膜。
8.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述保护涂层包括TiO2保护膜。
9.根据权利要求1所述的假体结构，其特征在于，所述假体结构为髋关节假体，所述保护涂层涂覆在所述髋关节假体的骨界面上。
10.根据权利要求9所述的假体结构，其特征在于，所述髋关节假体包括股骨柄(20)和与所述股骨柄(20)连接的股骨颈(30)，所述保护涂层涂覆在所述股骨柄(20)上。
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