CN112522666B - 一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法，采用DLC薄膜作为钛合金和羟基磷灰石涂层的过渡层，提高其结合强度。进一步地，基于表面粗糙度对结合强度的影响，对DLC薄膜的表面粗糙度进行改进，发现选用纳米粒径的DLC薄膜优化微米粒径的DLC薄膜可以得到较佳的复合DLC薄膜表面粗糙度，进而使得钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度达到最佳效果。

Description

一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合涂层领域，具体涉及一种钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法。
背景技术
生物医用材料（Biomedical materials）是指对生物系统进行诊断、治疗和置换其损坏的组织、器官或增进其功能的材料。作为植物体内的生物医用材料在治疗患者疾病以及减缓病人术后痛苦等方面发挥着重要作用。常用的生物材料大致可分为3类：生物医用金属材料、生物医用陶瓷材料以及生物医用高分子材料。典型地，钛合金，如Ti6Al4V合金具有优异的生物相容性、耐蚀性和抗疲劳强度，目前已成为人工关节髋臼杯外套及股骨柄假体的首选材料。由于钛合金本身不具备生物活性，常常需要在其表面制备一层羟基磷灰石薄膜以提高其生物相容性。
然而，由于钛合金与羟基磷灰石热膨胀系数的差异，导致钛合金表面羟基磷灰石涂层在结合强度方面不能尽如人意，进而造成其应用场景受限。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层及其制备方法，用于提高钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度。
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对钛合金进行预处理；
2）制备DLC薄膜；
3）制备羟基磷灰石涂层；
4）去应力退火；
其中，步骤3）具体为：将表面含有DLC薄膜的医用钛合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃；
步骤4）具体为：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
其中，步骤1）具体为：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
其中，步骤2）具体为：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中，CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
优选地，步骤2）具体为：
S1：制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
S2：制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
优选地，微米DLC薄膜的沉积时间为40min，纳米DLC薄膜的沉积时间为10-50min。
进一步地，所述钛合金为Ti6Al4V合金。
优选地，步骤2）具体为：
S1：制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
S2：制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为10min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
本发明还提供一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层，该复合涂层材料由上述制备方法制备而得。
本发明采用DLC薄膜作为钛合金和羟基磷灰石涂层的过渡层，由于DLC薄膜的热膨胀系数介于钛合金和羟基磷灰石涂层之间，因而可以改变两者的结合方式，进而提高其结合强度。
进一步地，基于表面粗糙度对结合强度的影响，发明人改变CVD法制备DLC薄膜的工艺参数，得到了微米粒径的薄膜材料及纳米粒径的薄膜材料，进而对DLC薄膜的表面粗糙度进行改良，发现选用纳米粒径的DLC薄膜优化微米粒径的DLC薄膜可以得到较佳的复合DLC薄膜表面粗糙度，使钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度达到最佳效果。
除此之外，DLC薄膜还可以阻碍钛合金中的有害元素Al、V等进入人体环境，进一步提高了钛合金羟基磷灰石涂层的安全性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的实施方式不局限于此。
实施例1
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
3）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有微米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
4）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
实施例2
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
3）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有纳米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
4）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
实施例3
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
3）制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
4）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有纳米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
5）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
实施例4
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
3）制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
4）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有纳米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
5）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
实施例5
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
3）制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为50min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
4）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有纳米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
5）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
实施例6
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM。
3）制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为10min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM。
4）制备羟基磷灰石薄膜：将表面含有纳米DLC薄膜的医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
5）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
对比例1
一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
1）预处理：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光使其具备一定的表面粗糙度，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
2）制备羟基磷灰石薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25mm，溅射时间100min，溅射温度为120℃。
3）去应力退火：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
进一步地，测试实施例1-6以及对比例1复合涂层的结合强度以及并测量DLC薄膜的厚度及其表面粗糙度，实验结果如表1所示。
表1 实施例及对比例的测试数据
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 对比例1
DLC薄膜厚度/nm 81 23 96 105 109 83 无
结合强度/MPa 29.6 21.8 31.6 28.3 34.0 43.5 16.2
表面粗糙度/μm 92.3 17.2 21.7 88.9 18.3 57.3 67.5
从表1可以看出，实施例1-6的结合强度都高于对比例1，其原因在于DLC薄膜的热膨胀系数介于基体材料和羟基磷灰石涂层之间，有利于提高两者的结合强度。
进一步分析实验数据我们可以发现：
1）40min微米DLC薄膜沉积+40min纳米DLC薄膜沉积的薄膜厚度为96纳米，并非预料之中的104nm（81+23），由此可知，在纳米DLC薄膜沉积初期形成的纳米级颗粒先填充了微米DLC薄膜表面的凹坑结构，最终形成了粗糙度低于微米DLC薄膜复合涂层结构。
2）从实施例2与实施例5的实验数据对比可知，结合强度的提升不仅与DLC薄膜的表面粗糙度有关，还与DLC薄膜的厚度有关，当DLC薄膜薄膜厚度不足时，无法获得较佳的实验效果。
3）实施例6（40min微米DLC薄膜沉积+10min纳米DLC薄膜沉积）的薄膜厚度与实施例1（40min微米DLC薄膜沉积）的薄膜厚度相当，考虑到实验误差等因素的影响，可以确定20min的纳米DLC沉积过程实质上仅仅填充了微米DLC薄膜表面的凹坑，而并未形成纳米DLC薄膜。也就是说，实施例6中特定的工艺参数使得微米DLC薄膜的表面粗糙度得到了优化，进而使得结合强度的提升达到了最佳效果。
4）对于提高钛合金与羟基磷灰石涂层的结合强度而言，并非表面粗糙度越高越好，也不是表面粗糙度越低越好，而是应该选择适中的表面粗糙度。

Claims (3)

1.一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对钛合金进行预处理；
2）制备DLC薄膜；
3）制备羟基磷灰石涂层；
4）去应力退火；
其中，步骤2）具体为：
S1：制备微米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为280W，恒温70℃，沉积时间为40min，其中CH4流量为120SCCM，Ar流量为20SCCM；
S2：制备纳米DLC薄膜：将医用Ti6Al4V合金置于化学气相沉积设备中，对沉积设备抽真空使其真空度低于1Pa，通入CH4和Ar为沉积气体，电源功率为380W，恒温95℃，沉积时间为10min，其中CH4流量为100SCCM，Ar流量为30SCCM；
步骤3）具体为：将表面含有DLC薄膜的医用钛合金置于磁控溅射镀膜机中，对镀膜机抽真空使其真空度低于1Pa，充入惰性气体为保护气体，以羟基磷灰石为溅射靶材，靶材-基体的间距为25-40mm，溅射时间80-100min，溅射温度为100-120℃；
步骤4）具体为：将上述薄膜材料在保护性气氛下升温至380℃，保温2h，冷却后取出，即可得到表面含有DLC/羟基磷灰石薄膜的复合涂层钛合金材料。
2.一种如权利要求1所述的一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）具体为：选用尺寸为10mm×10mm×1mm的医用Ti6Al4V合金，用砂纸打磨基体直至表面光滑，用抛光机对基体进行抛光，而后用无水乙醇、丙酮、去离子水分别清洗3分钟并烘干待用。
3.一种基于钛合金基体的人工关节复合涂层，其特征在于：选用权利要求1-2中任一项所述制备方法制备而得。
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US6261322B1 (en) * 1998-05-14 2001-07-17 Hayes Medical, Inc. Implant with composite coating
GB2451060B (en) * 2007-07-11 2013-01-09 Diameter Ltd Dual coatings applied to medical devices
CO6700142A1 (es) * 2013-06-07 2013-06-28 Univ Del Valle Recubrimiento biocompatible tipo multicapa-pelicula delgada como tratamiento superficial de sustratos biomédicos y proceso de fabricación del mismo
CN103882377B (zh) * 2014-04-08 2016-01-13 中国矿业大学 抗菌类金刚石/羟基磷灰石梯度多元纳米涂层的制备方法
RU189274U1 (ru) * 2018-12-29 2019-05-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Спица для остеосинтеза

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