CN113235061B - 一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺 - Google Patents

一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，公开了一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，包括如下步骤：S1：将医用螺钉安装在平台上，并将医用螺钉的两端夹持；S2：调节平台的水平位置和竖向位置，直至医用螺钉的螺钉本体对准一个靶材为钽金属的磁控溅射靶，医用螺钉的一端对准另一个靶材为钽金属的磁控溅射靶；S3：对医用螺钉的夹持空间进行抽真空或充入保护气体；S4：启动两个磁控溅射靶对医用螺钉进行钽金属涂层，在涂层过程中驱动医用螺钉转动；S5：10～30min后，停止。本发明方法简单，可以对医用螺钉进行双层快速涂层，以增强医用螺钉的强度，提高医用螺钉的耐腐蚀性能以及生物相容性。

Description

一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺。
背景技术
随着人们对生物医用材料需求的不断增加，各种生物医用材料，如：高分子、无机材料、复合材料及金属材料，以优异的力学性能、良好的抗疲劳性能、适用于承重部位植入等特性被广泛应用于临床医学领域。尤其是人工关节、牙种植体、血管内支架等一些列代表性医疗器械产品的问世，为金属生物医用材料提供了更为广阔的发展空间。
目前，用于外科植入物和矫形器械的医用金属材料主要包括医用不锈钢，钛合金等，但是，复杂的人体环境会引起金属材料腐蚀二导致有毒元素的释放，生物相容性因此降低，此外金属材料的弹性模量与人体骨组织相差过大，容易产生应力屏蔽效应，不利于新骨生长和重塑，甚至导致二次骨折，因此人们致力于需求更耐腐蚀、生物相容性更佳、与人骨力学性能更为接近的金属材料。
研究表明，金属钽以其耐腐蚀性优异、生物相容性好等优势，应用于医疗器械上，此前，申请人研发了公告号为：CN 210095889 U，一种万向弹性空心拉力螺钉，包括螺钉本体，螺钉本体两端分别设有前端螺钉体和尾端连接体(12)；螺钉本体沿自身轴线方向穿设有导针通孔，导针通孔两端分别突伸出前端螺钉体和尾端连接体的端面；螺钉本体穿设有与导针通孔连通的螺旋间隙，螺旋间隙沿螺钉本体轴线方向延伸设置，由于螺钉本体中空，具有一定的弹性，但是，螺钉本体的强度下降，并且螺钉本体为金属材料制成，在使用过程中，存在耐腐蚀、生物相容性差的问题。为此，提供一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，以提高螺钉本体的耐腐蚀性能以及生物相容性。
发明内容
本发明意在提供一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，以提高医用螺钉耐腐蚀性能以及生物相容性。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，包括如下步骤：
S1：将医用螺钉安装在平台上，并将医用螺钉的两端夹持；
S2：调节平台的水平位置和竖向位置，直至医用螺钉的螺钉本体对准一个靶材为钽金属的磁控溅射靶，医用螺钉的一端对准另一个靶材为钽金属的磁控溅射靶；
S3：对医用螺钉的夹持空间进行抽真空或充入保护气体；
S4：启动两个磁控溅射靶对医用螺钉进行钽金属涂层，在涂层过程中驱动医用螺钉转动；
S5：10～30min后，停止。
本方案的原理及优点是：(1)本方案中，对一种特殊的医用螺钉进行加工，可参考本方案背景技术中该医用螺钉为中空且贯通的医用螺钉，通过钽金属涂层，实际上是对医用螺钉的结构进一步优化和改进，以增强医用螺钉的提高医用螺钉耐腐蚀性能以及生物相容性。
(2)本方案中，钽金属涂层采用了磁控溅射靶，磁控溅射靶具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点，利用磁控溅射靶将钽金属涂层在医用螺钉上效果好。
(3)本方案中，利用磁控溅射靶将医用螺钉的内部和外部均进行钽金属涂层，使得医用螺钉的整体性能均得到有效提升。同时，利用钽金属涂层过程中，使得医用螺钉发生转动，提高钽金属涂层更为均匀，进而保证医用螺钉涂层效果提升。
优选的，作为一种改进，靶材与医用螺钉的间距为：110～130mm。
有益效果：靶材与医用螺钉具有一定的间距，保证靶材的涂覆效果。
优选的，作为一种改进，保护气体为氩气。
有益效果：氩气使高温金属免受外界气体的侵害，对医用螺钉进行一定的保护。
优选的，作为一种改进，1中，将医用螺钉的外表面和内表面抛光，然后将医用螺钉抛光去离子水超声波清洗10～30min后，将医用螺钉烘干。
有益效果：通过抛光的方式，使医用螺钉表面粗糙度降低，且平整表面，便于进行钽金属涂层，同时，抛光后利用离子水超声波清洗，去除医用螺钉表面的杂质以及油脂等，降低外在因素对钽金属涂层的影响。
优选的，作为一种改进，使用一种涂层装置，包括本体，本体内固定有第一气缸，第一气缸上设置有平台，平台包括下平台和上平台，下平台与第一气缸的输出轴固定连接，下平台上固定有第二气缸，上平台与第二气缸的输出轴固定连接，上平台与下平台水平滑动配合，上平台的一侧设置有第一磁控溅射靶，上平台上方设置有第二磁控溅射靶；
上平台上一侧固定有第一夹持体，第一夹持体上开有夹持孔，夹持孔内设置有第一夹具，上平台上的另一侧固定有第二夹持体，第二夹持体上转动连接有转动体，转动体内设置有第二夹具，第二夹持体上套设有从齿轮，上平台上固定有电机，电机的输出轴上固定有主齿轮，主齿轮与从齿轮啮合。
有益效果：本方案中，利用第一气缸调节下平台和上平台竖向位置，使得医用螺钉与第二磁控溅射靶之间的间距可以调节，利用第二气缸调节上平台的水平位置，使得医用螺钉与第一磁控溅射靶之间的间距可以得到一定的调节。
在钽金属涂层的过程中，启动电机，电机带动主齿轮转动，主齿轮带动从齿轮和第二夹持体转动，进而带动医用螺钉转动，以对医用螺钉内层和外层的周向进行钽金属涂层，提高其钽金属涂层的均匀度。当然，根据钽金属涂层的厚度，可以根据一定的速度调控电机的转速，或者将主齿轮和从齿轮设计一定的齿数比，来调控医用螺钉的转动速度。
优选的，作为一种改进，本体上开有进气口，进气口内固定有阀门。
有益效果：通过进气口来抽真空或送入氩气，而阀门以控制进气口的启闭。
优选的，作为一种改进，第一夹具沿通孔的周向均布，第一夹具包括与第一夹持体滑动配合的第一夹持片，第一夹持片上固定有与第一夹持体连接的第一弹簧。
有益效果：通过第一夹具对医用螺钉进行周向夹持，提高医用螺钉夹持的稳定性。
优选的，作为一种改进，第二夹具沿第二夹持体的周向均布，第二夹具包括与第二夹持体滑动配合的第二夹持片，第二夹持片上固定有与第二夹持体连接的第二弹簧。
有益效果：通过第二夹具对医用螺钉进行周向夹持，提高医用螺钉夹持的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中涂层装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中平台的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：本体11、第二磁控溅射靶12、第一磁控溅射靶13、进气口14、阀门15、第一气缸16、下平台17、第二气缸18、上平台19、主齿轮20、第二夹持体21、从齿轮22、第二弹簧23、第二夹持片24、转动体25、电机26、第一夹持体27、通孔28、第二夹持片29。
实施例一：
一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，使用一种涂层装置，基本如附图1和附图2所示，涂层装置包括本体11，本体11上开有进气口14，进气口14内设置有螺钉固定在进气口14内的阀门15。
本体11内设置有平台，平台下方设置有第一气缸16，第一气缸16螺栓固定在本体11上，平台包括下平台17和上平台19，第一气缸16的输出轴与下平台17螺栓固定连接，下平台17上螺栓固定有第二气缸18，第二气缸18的输出轴与上平台19螺栓固定连接，上平台19与下平台17水平滑动连接。
本实施例中，上平台19的一侧螺栓固定有第一夹持体27，第一夹持体27上开有通孔28，通孔28内转动配合有圆柱形且中空的支撑体，支撑体的两端贯通，支撑体上沿其周向设置有若干第一夹持片，第一夹持片与支撑体滑动配合，第一夹持片与支撑体之间固定有第一弹簧。
上平台19的另一侧螺栓固定有第二夹持体21，第二夹持体21上转动连接有纵截面呈U形的转动体25，转动体25的开口朝向通孔28，转动体25上沿其周向滑动配合有若干第二夹持片24，第二夹持片24与转动体25之间固定有第二弹簧23。本实施例中，转动体25上同轴螺钉固定有从齿轮22，上平台19上固定有电机26，电机26的输出轴上同轴螺钉固定有主齿轮20，主齿轮20与从齿轮22啮合。
本实施例中，本体11上安装有位于上平台19上方的第二磁控溅射靶12，第二磁控溅射靶12的靶材为钽金属。本体11上安装有位于上平台19左侧的第一磁控溅射靶13，第二磁控溅射靶12的靶材为钽金属。
本实施例中，采用如下步骤对医用螺钉进行钽金属涂层：
S1：将医用螺钉的外表面和内表面抛光，然后将医用螺钉抛光去离子水超声波清洗10～30min后，将医用螺钉烘干，然后将医用螺钉安装在平台上，并将医用螺钉的两端夹持，本实施例中医用螺钉，可参考公告号为：CN 210095889 U，一种万向弹性空心拉力螺钉。本实施例中，具体安装和夹持方式为：将医用螺钉的一端安装在第一夹持体27上，医用螺钉的另一端安装在第二夹持体21上，如附图2所示，第一夹持片和第一弹簧配合将医用螺钉的一端周向夹持，第二夹持片24和第二弹簧23配合将医用螺钉的另一端周向夹持。
S2：调节平台的水平位置和竖向位置，启动第一气缸16，第一气缸16带动上平台19和下平台17竖向滑动，使得第二磁控溅射靶12的靶材(钽金属)与医用螺钉的间距为110～130mm，并且对准医用螺钉，启动第二气缸18，第二气缸18带动上平台19水平滑动，使得第一磁控溅射靶13的靶材(钽金属)与医用螺钉的间距为110～130mm，并且对准医用螺钉。
S3：将阀门15打开，通过进气口14对本体11内的空间进行抽真空，然后充入保护气体，本实施例中保护气体为氩气。
S4：启动两个磁控溅射靶对医用螺钉进行钽金属涂层，在涂层过程中驱动医用螺钉转动，具体为：电机26带动主齿轮20转动，主齿轮20带动从齿轮22和转动体25转动，由于医用螺钉受到第二弹簧23和第二夹持片24的夹持作用，医用螺钉会随转动体25转动，如此第二磁控溅射靶12将钽金属均匀涂层在医用螺钉的外表面。在医用螺钉转动过程中，由于医用螺钉受到第一弹簧和第一夹持片的夹持作用，第一磁控溅射靶13将钽金属通过支撑体进入至医用螺钉内，如此对医用螺钉内进行均匀涂层。
S5：10～30min后，停止钽金属涂层，关闭两个磁控溅射靶，并打开阀门15将氩气放出，待医用螺钉冷却后取出。
本实施例中，采用医用螺钉转动的方式，提高医用螺钉表面和内部同时同步的双层涂覆，提高医用螺钉钽金属涂层的效果。医用螺钉钽金属涂层后，提高了医用螺钉的强度、耐腐蚀性能以及生物相容性。
实施例二：
实施例二与实施例一的不同之处在于，电机26电连接有控制器，控制器控制电机26的转速，由于电机26的转速加快或降低，使得医用螺钉的转速会降低或加快，医用螺钉转动速度加快增加涂覆效率，医用螺钉的降低，则降低涂覆效率，提高涂覆钽金属的厚度。
实施例三：
实施例三与实施例一的不同之处在于，主齿轮20和从齿轮22具有一定的齿数比，如：主齿轮20与从齿轮22的齿数比为2：1，则主齿轮20转动时，使得从齿轮22加速转动，提高医用螺钉的转速。如：主齿轮20与从齿轮22的齿数比为1：2，则主齿轮20在转动时，从齿轮22减速转动，降低医用螺钉的转速。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：
使用一种涂层装置，包括本体，本体内固定有第一气缸，第一气缸上设置有平台，平台包括下平台和上平台，下平台与第一气缸的输出轴固定连接，下平台上固定有第二气缸，上平台与第二气缸的输出轴固定连接，上平台与下平台水平滑动配合，上平台的一侧设置有第一磁控溅射靶，上平台上方设置有第二磁控溅射靶；
上平台上一侧固定有第一夹持体，第一夹持体上开有通孔，通孔内设置有第一夹具，第一夹具沿通孔的周向均布，通孔内转动配合有呈圆柱形且中空的支撑体，第一夹具包括与支撑体滑动配合的若干第一夹持片，若干第一夹持片沿支撑体的周向布置，第一夹持片上固定有与支撑体连接的第一弹簧，上平台上的另一侧固定有第二夹持体，第二夹持体上转动连接有转动体，转动体内设置有第二夹具，第二夹持体上套设有从齿轮，上平台上固定有电机，电机的输出轴上固定有主齿轮，主齿轮与从齿轮啮合，包括如下步骤：
S1：将医用螺钉安装在平台上，并将医用螺钉的两端夹持；
S2：调节平台的水平位置和竖向位置，直至医用螺钉的螺钉本体对准一个靶材为钽金属的磁控溅射靶，医用螺钉的一端对准另一个靶材为钽金属的磁控溅射靶；
S3：对医用螺钉的夹持空间进行抽真空，然后充入保护气体；
S4：启动两个磁控溅射靶对医用螺钉进行钽金属涂层，在涂层过程中驱动医用螺钉转动；
S5：10～30min后，停止。
2.根据权利要求1所述的医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：靶材与医用螺钉的间距为：110～130mm。
3.根据权利要求2所述的医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：保护气体为氩气。
4.根据权利要求3所述的医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：S1中，将医用螺钉的外表面和内表面抛光，然后将医用螺钉抛光去离子水超声波清洗10～30min后，将医用螺钉烘干。
5.根据权利要求1所述的医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：本体上开有进气口，进气口内固定有阀门。
6.根据权利要求1所述的医用螺钉的钽金属涂层的制备工艺，其特征在于：第二夹具沿第二夹持体的周向均布，第二夹具包括与第二夹持体滑动配合的第二夹持片，第二夹持片上固定有与第二夹持体连接的第二弹簧。
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