CN112063888A - 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺 - Google Patents

一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN112063888A
CN112063888A CN202011009662.7A CN202011009662A CN112063888A CN 112063888 A CN112063888 A CN 112063888A CN 202011009662 A CN202011009662 A CN 202011009662A CN 112063888 A CN112063888 A CN 112063888A
Authority
CN
China
Prior art keywords
titanium alloy
titanium
treatment
shot blasting
super
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
Application number
CN202011009662.7A
Other languages
English (en)
Inventor
吴丽煌
金明江
金学军
刘剑楠
韩婧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN202011009662.7A priority Critical patent/CN112063888A/zh
Publication of CN112063888A publication Critical patent/CN112063888A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/06—Titanium or titanium alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/60—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using alkaline aqueous solutions with pH greater than 8
    • C23C22/64—Treatment of refractory metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/26—Acidic compositions for etching refractory metals
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
    • A61L2400/12—Nanosized materials, e.g. nanofibres, nanoparticles, nanowires, nanotubes; Nanostructured surfaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2430/00—Materials or treatment for tissue regeneration
    • A61L2430/02—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of bones; weight-bearing implants

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

本发明提供一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，将钛合金的表面进行打磨、抛光后进行喷丸处理，再进行酸蚀处理后进行碱热处理。本发明提供一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，能够制备出具有超亲水的微纳分级、通透多孔的表面结构的钛合金，具有超亲水性、生物相容性良好、耐腐蚀性良好的优异性能，在医用植入材料的表面改性领域具有非常广阔的应用前景。

Description

一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺
技术领域
本发明属于金属材料的技术领域，涉及一种钛合金表面改性的新工艺，具体涉及一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺。
背景技术
医用植入材料通常需要对其进行表面修饰，以获得具有良好的亲水性和通透结构的表面形貌。普通未经表面修饰的植入材料在植入人体后将面临与机体脱落的风险，而经表面修饰的植入物与机体有更好的结合力，更有利于细胞的增值、分化和扩散，如何修饰材料表面成为一个广泛研究的问题。
目前的表面修饰方法通常选择用在植入物表面涂覆羟基磷灰石，添加羟基磷灰石可显著改善成骨细胞的黏附和增殖能力，这种方法非常适合需要快速起效的假体植入手术。
但由于在医用钛合金表面涂覆羟基磷灰石的难度很大，最常用的等离子喷涂法获得的羟基磷灰石涂层与基体材料结合强度低，容易开裂，在植入生物体后涂层容易脱落，这对生物体的术后恢复是不利的，因此研发一种在基体材料本体表面改性的方法在医用钛合金领域具有重要的意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，用于解决现有技术中缺乏低能耗、简单易操作的超亲水、微纳分级、通透多孔钛合金的制备工艺的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，将钛合金的表面进行打磨、抛光后进行喷丸处理，再进行酸蚀处理后进行碱热处理。
优选地，所述钛合金选自钛铌锆锡合金或钛铌合金中的一种。
更优选地，所述钛铌锆锡合金由以下质量百分比的元素组成：铌(Nb)20～28％；锆(Zr)2～6％；锡(Sn)6～10％；余量为钛(Ti)。
更优选地，所述钛铌合金由以下质量百分比的元素组成：铌(Nb)30～40％；余量为钛(Ti)。
上述元素中不包含钛铌锆锡合金或钛铌合金中含量微少且不可避免的杂质元素。
所述钛合金采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制。所述冷坩埚悬浮熔炼的方法为常规使用的冷坩埚悬浮熔炼方法。
优选地，所述钛合金的形状呈片状。所述钛合金片通过轧制和线切割处理后获得。
优选地，所述打磨采用的砂纸的目数为200～1000目。
优选地，所述抛光需要将钛合金的表面处理至镜面光滑程度。
优选地，所述喷丸处理中的喷丸角度为30～45°。
优选地，所述喷丸处理中的喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为80～100目。
优选地，所述喷丸处理中的喷丸时间为30～40s。
优选地，所述酸蚀处理中，所述钛合金浸没于酸中。所述酸的使用量为30～50ml。
优选地，所述酸蚀处理中采用的酸为等体积的盐酸和硫酸的混合溶液。
更优选地，所述盐酸为5～8mol/L的盐酸水溶液。
更优选地，所述硫酸为5～8mol/L的硫酸水溶液。
优选地，所述酸蚀处理的处理温度为70～90℃。
优选地，所述酸蚀处理的处理时间为30～40min。
所述酸蚀处理使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，能够获得具有微米级结构的钛合金表面。
优选地，所述酸蚀处理前要进行第一次超声清洗，所述酸蚀处理后要进行第二次超声清洗。
更优选地，所述第一次超声清洗及第二次超声清洗均依次经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗。所述第一次超声清洗能够去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。所述第二次超声清洗能够去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
进一步优选地，所述丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗的时间分别为10～15min。
优选地，所述碱热处理中，所述钛合金浸没于碱中。所述碱的使用量为30～50ml。
优选地，所述碱热处理中采用的碱为氢氧化钠(NaOH)。
更优选地，所述氢氧化钠为2～6mol/L的NaOH水溶液。浓度过低的NaOH会导致无法产生纳米级孔结构，浓度过高的NaOH会破坏由喷丸、酸蚀形成的微米结构以及碱热处理形成的纳米结构，不利于最佳的微纳分级结构的产生。
优选地，所述碱热处理的处理温度为70～90℃。
优选地，所述碱热处理的处理时间为2～6h。过短的处理时间会导致无法产生纳米级孔结构，过长的处理时间会破坏由喷丸、酸蚀形成的微米结构以及碱热处理形成的纳米结构，不利于最佳的微纳分级结构的产生。
上述酸及碱可重复使用。
本发明第二方面提供一种超亲水多孔表面的钛合金，由上述工艺制备获得。
本发明第三方面提供上述钛合金在医用植入材料中的用途。
如上所述，本发明提供的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，通过喷丸、双酸酸蚀、碱热等处理工艺，能够在钛合金如钛铌锆锡合金表面制备出具有超亲水的微纳分级、通透多孔的表面结构。
(2)本发明提供的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，能够在高强度、低模量的Ti合金如Ti2448合金的表面，原位生长获得微纳分级、通透、网状多孔的组织结构，具备生物相容性良好混合氧化物的化学组态，呈现生物相容性良好、耐腐蚀性良好的优异性能，可作为医用植入物以改善生物相容性，在生物体中促进细胞的黏附、增殖、分化与扩散。
(3)本发明提供的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，获得的Ti合金，具有超亲水性，如钛铌锆锡合金表面获得的多孔结构参数包括微米级结构2～2.5μm，纳米级孔50～110nm，其表面纯水润湿角均＜5°，很好地促进水质靶蛋白的黏附、增值、分化，进而能促进骨植入过程中更快、更稳定的愈合。
(4)本发明提供的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，与传统涂层工艺相比，此工艺通过原位化学处理获得性能优异的微纳通透多孔改性表面，形成的表面结构与骨组织结合力更佳，且工艺过程简单可控，操作简单、适合稳定量产，容易实现产业化，是一种绿色环保的表面改性工艺，在医用植入材料的表面改性领域具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1显示为本发明的钛合金中微纳分级、通透多孔的表面形貌示意图。
图2显示为本发明的复合工艺处理后钛合金的亲水性表面接触角的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力。
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为600目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为45°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为80目，喷丸时间为30s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为6mol/L的盐酸和6mol/L的硫酸混合溶液，在70℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀30min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为35ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为4mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理4h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品1#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为35ml。
将钛铌锆锡合金样品1#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品1#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品1#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为80nm，润湿角为＜5°。
实施例2
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为600目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为45°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为80目，喷丸时间为40s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为6mol/L的盐酸和6mol/L的硫酸混合溶液，在70℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀30min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为35ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为4mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理4h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品2#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为35ml。
将钛铌锆锡合金样品2#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品2#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品1#的微米结构的平均尺度为2.2μm，纳米孔平均尺度约为80nm，润湿角为＜5°。
实施例3
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为400目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为45°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为90目，喷丸时间为30s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为8mol/L的盐酸和8mol/L的硫酸混合溶液，在70℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀30min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为35ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为4mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理4h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品3#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为35ml。
将钛铌锆锡合金样品3#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品3#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品3#的微米结构的平均尺度为2.5μm，纳米孔平均尺度约为80nm，润湿角为＜5°。
实施例4
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为800目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为45°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为100目，喷丸时间为35s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗12min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为7mol/L的盐酸和7mol/L的硫酸混合溶液，在80℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀35min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为40ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗12min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为2mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理4h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品4#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为40ml。
将钛铌锆锡合金样品4#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品4#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品4#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为60nm，润湿角为＜5°。
实施例5
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为200目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为35°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为100目，喷丸时间为30s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为6mol/L的盐酸和6mol/L的硫酸混合溶液，在90℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀30min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为30ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为4mol/L的NaOH水溶液中，在90℃的处理温度碱热处理2h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品5#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为30ml。
将钛铌锆锡合金样品5#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品5#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品5#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为60nm，润湿角为＜5°。
实施例6
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为1000目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为30°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为90目，喷丸时间为35s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为5mol/L的盐酸和5mol/L的硫酸混合溶液，在80℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀35min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为40ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为6mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理4h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品6#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为40ml。
将钛铌锆锡合金样品6#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品6#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品6#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为100nm，润湿角为＜5°。
实施例7
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为700目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为35°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为85目，喷丸时间为30s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗12min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为7mol/L的盐酸和7mol/L的硫酸混合溶液，在70℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀35min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为35ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗12min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为4mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理6h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品7#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为35ml。
将钛铌锆锡合金样品7#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品7#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品7#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为100nm，润湿角为＜5°。
实施例8
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为300目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为45°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为80目，喷丸时间为40s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为8mol/L的盐酸和8mol/L的硫酸混合溶液，在90℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀32min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为36ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗10min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为2mol/L的NaOH水溶液中，在70℃的处理温度碱热处理2h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品8#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为36ml。
将钛铌锆锡合金样品8#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品8#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品8#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为50nm，润湿角为＜5°。
实施例9
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌24％、锆4％、锡8％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为500目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为42°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为95目，喷丸时间为30s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗11min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为6.5mol/L的盐酸和6.5mol/L的硫酸混合溶液，在75℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀38min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为34ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗11min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为6mol/L的NaOH水溶液中，在75℃的处理温度碱热处理6h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品9#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为34ml。
将钛铌锆锡合金样品9#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品8#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品9#的微米结构的平均尺度为2.0μm，纳米孔平均尺度约为110nm，润湿角为＜5°。
实施例10
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌26％、锆3％、锡7％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为700目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为30°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为100目，喷丸时间为40s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为5mol/L的盐酸和5mol/L的硫酸混合溶液，在90℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀40min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为37ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为5mol/L的NaOH水溶液中，在90℃的处理温度碱热处理3h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品10#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为37ml。
将钛铌锆锡合金样品10#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品10#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品10#的微米结构的平均尺度为1.8μm，纳米孔平均尺度约为80nm，润湿角为＜5°。
实施例11
采用冷坩埚悬浮熔炼的方法进行炼制钛合金，钛合金为钛铌锆锡合金，由以下质量百分比的元素组成：铌22％、锆5％、锡9％、余量为钛。然后采用轧制和线切割处理后获得钛合金片。
采用目数为900目的砂纸对钛合金片的表面进行打磨，并将钛合金片的表面进行抛光至镜面光滑程度后，进行喷丸处理。喷丸角度为40°，喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为90目，喷丸时间为35s。然后，进行第一次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除喷丸处理后钛合金片表面的硅砂残留。
再加入等体积的浓度分别为7mol/L的盐酸和7mol/L的硫酸混合溶液，在80℃的处理温度下，将钛合金片浸没于混合溶液中酸蚀35min，使反应溶液具有钛离子而呈深紫色，得到具有微米结构的钛铌锆锡合金。其中，钛合金浸没于酸中，酸的使用量为35ml。进行第二次超声清洗，依次各经丙酮、乙醇、去离子水的超声清洗15min，去除酸蚀处理后钛合金表面的离子残留。
最后，将得到的钛铌锆锡合金片浸没于浓度为3mol/L的NaOH水溶液中，在80℃的处理温度碱热处理5h，最终得到所需的超亲水、微纳分级、通透多孔结构的钛铌锆锡合金样品11#。其中，钛合金浸没于碱中，碱的使用量为35ml。
将钛铌锆锡合金样品11#进行测试后发现，钛铌锆锡合金样品11#的表面形貌如图1所示，其表面接触角(亲水性)如图2所示，钛铌锆锡合金样品11#的微米结构的平均尺度2.4μm，纳米孔平均尺度约为90nm，润湿角为＜5°。
实施例12
将上述实施例1-11中获得的钛铌锆锡合金样品1#-11#进行表面分析，具体分析结果见下表1。由表1可知，本发明获得的钛合金如钛铌锆锡合金，在结构上，具有比传统工艺更细致均匀的网状纳米孔，且具有更厚更粗糙的表面层，这将有利于骨组织细胞在表面的附着与增值；在成份上，此表面结构的化学成分主要为氧化钛、氧化铌等化学状态稳定、抗腐蚀性强的氧化物，这将有利于提高植入体在生物体长期愈合期间的功能稳定性；在生物相容性上，微纳分级网状多孔结构具有超亲水性，对应于极好的水质靶蛋白吸附能力，进而促进骨细胞黏附、增值、分化，这也进一步证明了本发明获得的结构具有非常良好的生物相容性。可见，本发明获得的钛合金如钛铌锆锡合金，其表面结构稳定、尺度可控，且具有超亲水性；具体制备工艺过程绿色环保且能耗、成本较低，有望在工业应用领域获得推广。
表1
Figure BDA0002697150310000121
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，将钛合金的表面进行打磨、抛光后进行喷丸处理，再进行酸蚀处理后进行碱热处理。
2.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述钛合金选自钛铌锆锡合金或钛铌合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述打磨采用的砂纸的目数为200～1000目。
4.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述抛光需要将钛合金的表面处理至镜面光滑程度。
5.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述喷丸处理包括以下条件中的任一项或多项：
A1)所述喷丸处理中的喷丸角度为30～45°；
A2)所述喷丸处理中的喷丸为硅砂，喷丸颗粒的粒径为80～100目；
A3)所述喷丸处理中的喷丸时间为30～40s。
6.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述酸蚀处理包括以下条件中的任一项或多项：
B1)所述酸蚀处理中，所述钛合金浸没于酸中；
B2)所述酸蚀处理中采用的酸为等体积的盐酸和硫酸的混合溶液；
B3)所述酸蚀处理的处理温度为70～90℃；
B4)所述酸蚀处理的处理时间为30～40min。
7.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述碱热处理包括以下条件中的任一项或多项：
C1)所述碱热处理中，所述钛合金浸没于碱中；
C2)所述碱热处理中采用的碱为氢氧化钠；
C3)所述碱热处理的处理温度为70～90℃；
C4)所述碱热处理的处理时间为2～6h。
8.根据权利要求1所述的一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺，其特征在于，所述酸蚀处理前要进行第一次超声清洗，所述酸蚀处理后要进行第二次超声清洗。
9.一种超亲水多孔表面的钛合金，由权利要求1-8任一所述的工艺制备获得。
10.根据权利要求9所述的一种超亲水多孔表面的钛合金在医用植入材料中的用途。
CN202011009662.7A 2020-09-23 2020-09-23 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺 Pending CN112063888A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011009662.7A CN112063888A (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011009662.7A CN112063888A (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112063888A true CN112063888A (zh) 2020-12-11

Family

ID=73680899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011009662.7A Pending CN112063888A (zh) 2020-09-23 2020-09-23 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112063888A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114606499A (zh) * 2022-04-07 2022-06-10 燕山大学 一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用
CN115090905A (zh) * 2022-06-08 2022-09-23 佳木斯大学 一种3d打印医用镍钛超亲水复杂结构表面的制备方法
CN115418635A (zh) * 2022-08-23 2022-12-02 浙江大学滨江研究院 一种超亲水口腔种植用钛表面处理方法及其产品和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104726874A (zh) * 2014-11-10 2015-06-24 上海景堂医疗器械有限公司 一种具有微纳分级通透性的钛表面材料及其制备方法
CN105441960A (zh) * 2014-08-22 2016-03-30 广州中国科学院先进技术研究所 钛牙种植体表面超亲水性微/纳分级结构的构建方法
CN109549723A (zh) * 2018-12-30 2019-04-02 桂林市啄木鸟医疗器械有限公司 牙科种植体的表面处理工艺及应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105441960A (zh) * 2014-08-22 2016-03-30 广州中国科学院先进技术研究所 钛牙种植体表面超亲水性微/纳分级结构的构建方法
CN104726874A (zh) * 2014-11-10 2015-06-24 上海景堂医疗器械有限公司 一种具有微纳分级通透性的钛表面材料及其制备方法
CN109549723A (zh) * 2018-12-30 2019-04-02 桂林市啄木鸟医疗器械有限公司 牙科种植体的表面处理工艺及应用

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114606499A (zh) * 2022-04-07 2022-06-10 燕山大学 一种表面具有微孔结构的金属及其制备方法与应用
CN115090905A (zh) * 2022-06-08 2022-09-23 佳木斯大学 一种3d打印医用镍钛超亲水复杂结构表面的制备方法
CN115418635A (zh) * 2022-08-23 2022-12-02 浙江大学滨江研究院 一种超亲水口腔种植用钛表面处理方法及其产品和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112063888A (zh) 一种超亲水多孔表面的钛合金的制备工艺
US8696759B2 (en) Methods and devices for implants with calcium phosphate
KR101724039B1 (ko) 나노패터닝 요홈 표면을 갖는 임플란트 및 그 제조방법
CN102586786B (zh) 一种钛表面形成分级多孔形貌的方法
CN100430099C (zh) 一种钛或钛合金表面生物活性涂层及其制备方法
CN103388173B (zh) 一种在钛及其合金表面构筑微纳米有序结构的方法
CN111455389A (zh) 一种纯钛或钛合金医用材料的表面改性方法
CN113529158B (zh) 一种电化学去合金法在tc4钛合金表面制备多孔结构的工艺
CN108166039A (zh) 一种两步阳极氧化制备二氧化钛纳米管的方法
CN110338921B (zh) 一种牙科种植体及其制备方法
CN107998445A (zh) 一种表面修饰多孔钽生物材料及其制备方法
CN105220202B (zh) 一种钛基三维多孔二氧化钛氧化层的制备方法
CN111957974B (zh) 一种分级多孔钛钽棒的制备方法
CN112342478B (zh) 一种纳米多孔钛合金膜的制备方法
CN111074330B (zh) 一种TiAl系医用钛合金植入物表面微孔化制备方法
CN109868495A (zh) 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
CN111467577B (zh) 一种医用金属骨植入材料
CN108301030A (zh) 一种对钛纱表面纳米多孔化的方法
CN113981429A (zh) 钛金属植入材料表面改性处理方法
CN113416994A (zh) 一种金属材料的表面改性方法
CN111363995B (zh) 一种医用金属骨植入材料的制备方法
KR20180078620A (ko) 친수성 표면을 갖는 임플란트의 제조방법
CN112914762A (zh) 一种钛合金牙种植体表面处理工艺
KR101092227B1 (ko) 금속의 표면 처리방법 및 그 방법에 의해 표면처리된 금속
CN104762645A (zh) 医用植入体材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201211

RJ01 Rejection of invention patent application after publication