CN113846282A - 具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 - Google Patents
具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113846282A CN113846282A CN202111121170.1A CN202111121170A CN113846282A CN 113846282 A CN113846282 A CN 113846282A CN 202111121170 A CN202111121170 A CN 202111121170A CN 113846282 A CN113846282 A CN 113846282A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stainless steel
- medical stainless
- alloy
- medical
- layer
- 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
Links
Images
Classifications
-
- 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
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
- C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
-
- 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
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
-
- 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
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
- C22C18/02—Alloys based on zinc with copper as the next major constituent
-
- 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
- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
-
- 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
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/10—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices containing or releasing inorganic materials
- A61L2300/102—Metals or metal compounds, e.g. salts such as bicarbonates, carbonates, oxides, zeolites, silicates
-
- 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
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/40—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a specific therapeutic activity or mode of action
- A61L2300/404—Biocides, antimicrobial agents, antiseptic agents
-
- 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
- A61L2300/00—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices
- A61L2300/60—Biologically active materials used in bandages, wound dressings, absorbent pads or medical devices characterised by a special physical form
- A61L2300/606—Coatings
-
- 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
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/02—Methods for coating medical devices
-
- 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
- A61L2420/00—Materials or methods for coatings medical devices
- A61L2420/06—Coatings containing a mixture of two or more compounds
-
- 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
-
- 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
- A61L2430/20—Materials or treatment for tissue regeneration for reconstruction of the heart, e.g. heart valves
-
- 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
- A61L2430/24—Materials or treatment for tissue regeneration for joint reconstruction
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Zn‑Cu合金镀层改性医用不锈钢及其制备方法与应用,属于医用金属材料表面处理技术领域。医用不锈钢具有力学性能优良且价格低廉,医用Zn‑Cu合金具有良好的抗菌性和生物相容性,通过Zn‑Cu合金改性医用不锈钢的方法把各自的优良性能结合起来。该方法在医用不锈钢表面获得的Zn‑Cu镀层连续且均匀,可有效阻止/延缓不锈钢生理腐蚀释放有害离子,提高医用不锈钢抗菌性和生物相容性。该发明将为不锈钢在生物应用中发挥更好的作用提供一种简单高效、价格低廉的表面改性方法,该热浸镀Zn‑Cu镀层改性医用不锈钢可用于假肢、关节植入物、整形外科装置、心血管支架等方面。
Description
技术领域
本发明涉及医用不锈钢表面处理技术领域,具体而言,涉及具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用。
背景技术
全球及我国人口老龄化不断加剧,困扰人类的慢性疾病逐渐突显,随着人类对健康关注度的提高,人们对生物医用材料的需求越来越大。医用不锈钢具有力学性能优良且价格低廉的特点,已成为临床应用最多的一类金属植入材料。但医用不锈钢存在有害离子(Ni2+、Cr3+等)析出、生物相容性不理想等问题,医用不锈钢表面改性是解决这些问题的有效途径。表面改性技术因其具有难度小、成本低的优点,其在生物医学材料的研究中受到越来越多的关注,已涌现出多种医用不锈钢表面改性技术的研究报道。但各种表面改性技术仍存在如材料性能不佳、成本高或生产周期长等缺点,如表1所示。不锈钢表面改性方法各有其优缺点。
表1不锈钢表面改性方法及其优缺点
近年来,研究者们正通过设计更为理想的表面涂层、运用更为合理的复合技术开发出生物相容性和耐腐蚀磨损等综合性能更优的新型医用不锈钢,有望逐步解决医用不锈钢在临床应用中存在的问题。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用。
本发明是这样实现的:
本发明提供一种具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,包括医用不锈钢以及医用不锈钢表面的Zn-Cu合金镀层,并且,Zn-Cu合金镀层中Cu的质量百分含量为0.5-5.0%,其余为锌和少量不可避免的杂质。
本发明还提供一种根据上述具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢的制备方法,其包括:在医用不锈钢表面热浸镀Zn-Cu合金镀层。
本发明还提供一种根据上述具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢作为医用植入材料的应用。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用,基于医用不锈钢良好的力学性能以及Zn-Cu合金良好的抗菌性和生物相容性特点,通过在医用不锈钢表面构建Zn-Cu合金镀层,可有效阻止/延缓医用不锈钢生理腐蚀释放有毒离子、赋予医用不锈钢抗菌性和良好的生物相容性。为不锈钢在生物应用中发挥更好的作用提供一种简单高效、价格低廉的表面改性方法。由此得到的Zn-Cu合金镀层改性医用不锈钢具有连续且均匀且结合力强的Zn-Cu镀层。该Zn-Cu合金镀层改性医用不锈钢可用于假肢、关节植入物、整形外科装置和心血管支架等方面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的医用不锈钢表面热浸镀Zn-Cu镀层的方法工艺流程图;
图2为本发明实施例2和实施例6所得的304/316不锈钢表面Zn-Cu镀层截面金相图。a图为实施例2中304不锈钢表面Zn-3%Cu镀层截面金相图,b图为316不锈钢表面Zn-5%Cu镀层截面金相图,编号:1、4-Zn-Cu自由凝固层,2、5-金属间化合物层,3、6-不锈钢基体;
图3为本发明对比例3和对比例4所得的304/316不锈钢表面Zn-Cu镀层截面金相图。a图为对比例3中在304不锈钢表面Zn-5%Cu镀层截面金相图,b图为对比例4中在304不锈钢表面Zn-5%Cu镀层截面金相图,编号:7、9-金属间化合物相层,8、10-不锈钢基体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
医用不锈钢存在有害离子(Ni2+、Cr3+等)析出、生物相容性不理想等问题,不锈钢表面改性是解决这些问题的有效途径。现有各种表面改性技术往往存在如材料性能不佳、成本高或生产周期长等缺点。由于大气、海洋环境中不锈钢构件无需镀锌就有非常好的耐蚀性,因此没有不锈钢热浸镀锌的报道和应用。
对于医用锌合金,与可降解镁及镁合金、铁基合金相比,因其具有适宜的降解速率和良好的生物相容性,有望发展成为新一代生物可降解植入材料。近些年逐渐出现可降解医用锌基合金的研究报道,特别是Zn-Cu合金因其兼有良好的抗菌性、生物相容性及较适宜的力学性能,受到了研究者的广泛关注。但可降解生物医用锌合金力学性能差的缺陷还有待研究突破。
基于医用不锈钢良好的力学性能以及Zn-Cu合金良好的抗菌性和生物相容性特点,注意到可降解医用Zn-Cu合金熔点较低,加之热浸镀锌具有浸镀速度快、成本低、操作简单、基体样品形状不受限制等优点。发明人提出热浸镀Zn-Cu抗菌镀层改性医用不锈钢的方法。医用不锈钢表面经Zn-Cu抗菌镀层改性后,可起到阻止/延缓不锈钢腐蚀释放有害离子、赋予医用不锈钢抗菌性以及提高医用不锈钢生物相容性的作用。为不锈钢在生物应用中发挥更好的作用提供一种简单高效、价格低廉的表面改性方法。
不锈钢在大气、海洋等环境中均具有很好的耐蚀性,不锈钢在使用中无需再进行热浸镀锌。因此,目前没有不锈钢热浸镀锌相关研究和应用报道。发明人针对不锈钢在生理环境中的服役行为,以及近些年来逐渐发展起来的可降解医用Zn-Cu合金的特点,创造性地提出了热浸镀Zn-Cu合金镀层改性医用不锈钢的发明设计。发明人经过长期研究和实践,创造性地提出一种医用不锈钢+热浸镀医用Zn-Cu合金镀层的表面改性方法,将把不锈钢的良好力学性能与Zn-Cu合金的抗菌性和良好生物相容性有机结合起来。其包括以下步骤:对医用不锈钢器件表面进行预处理,再在Zn-Cu合金熔体中进行浸镀和冷却处理。
值得说明的是,经上述热浸镀Zn-Cu镀层改性医用不锈钢的方法具有生产效率高、成本低廉、镀层均匀、厚度可控的特点。
本发明的目的之一包括提供一种简单、高效且廉价的医用不锈钢表面改性方法,该方法通过热浸镀的方式,在医用不锈钢构建Zn-Cu合金镀层。
本发明的目的之二包括一种由上述热浸镀法得到的Zn-Cu合金改性医用不锈钢器件,所获得的Zn-Cu合金镀层与医用不锈钢的结合力强(冶金结合)、镀层连续均匀,医用不锈钢表面Zn-Cu合金镀层可有效阻止/延缓医用不锈钢生理腐蚀释放有害离子、可有效提高医用不锈钢的抗菌性和生物相容性。
本发明的目的之三包括提供一种上述Zn-Cu镀层改性医用不锈钢的应用,例如可用于假肢、关节植入物、整形外科装置、心血管支架等方面。
下面对本发明提供的Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法与应用进行具体说明。
为实现本发明的上述目的,特采用以下的技术方案:
第一方面,本发明实施例提供一种具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,包括医用不锈钢以及形成在医用不锈钢表面的Zn-Cu合金镀层,并且,Zn-Cu合金镀层中Cu的质量百分含量为0.5-5.0%,其余为锌和少量不可避免的杂质。
基于医用不锈钢良好的力学性能以及Zn-Cu合金良好的抗菌性和生物相容性特点,注意到可降解医用Zn-Cu合金熔点较低,加之热浸镀锌具有浸镀速度快、成本低、操作简单、基体样品形状不受限制等优点。发明人提出热浸镀Zn-Cu抗菌镀层改性医用不锈钢的方法。医用不锈钢表面经Zn-Cu抗菌镀层改性后,可起到阻止/延缓不锈钢腐蚀释放有害离子、赋予医用不锈钢抗菌性以及提高医用不锈钢生物相容性的作用。为不锈钢在生物应用中发挥更好的作用提供一种简单高效、价格低廉的表面改性方法。
本发明中Zn-Cu合金镀层中Cu质量分数在0.5%-5%之间,一方面希望合金镀层中含一定量的Cu,保证Zn-Cu镀层良好的抗菌性,但Cu含量不易过高,过高的Cu含量会增加镀层腐蚀速率,还会导致浸镀温度急速上升,增加能耗。因此Cu质量分数在0.5%-5%之间是优选的。
在可选的实施方式中,医用不锈钢的材质为304或302或316或316L。
在可选的实施方式中,医用不锈钢表面的Zn-Cu合金镀层与医用不锈钢冶金结合,且连续均匀生长形成的合金镀层。
在可选的实施方式中,Zn-Cu合金镀层自医用不锈钢表面由下而上包括内层和外层,内层为金属间化合物相层,外层为自由凝固层,金属间化合物相层为Fe-Zn-Cu层,自由凝固层由为Zn-Cu合金层;
优选地,Zn-Cu合金镀层的总厚度为20-70μm;
优选地,金属间化合物相层的厚度为5-20μm,自由凝固层的厚度为15-50μm。
本发明实施例提供的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢(参见图2),Zn-Cu合金镀层自医用不锈钢表面自下而上依次包括内层和外层,内层为金属间化合物相层,外层为自由凝固层,金属间化合物相层的存在使得医用不锈钢与表面的自由凝固层之间为冶金结合,相比较对沉积或喷涂等方法,仅是在基体的表面形成了镀层,而本发明中基体和基体表面的镀层之间为冶金结合,这就极大的提到了两者的结合强度,使其在后续作为医用植入材料时,不会因为液体的腐蚀等使镀层脱落,本发明实施例提供的不锈钢表面连续且均匀且结合力强的Zn-Cu镀层。
本发明实施例提供的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,将把不锈钢的良好力学性能与Zn-Cu合金的抗菌性和良好生物相容性有机结合起来。医用不锈钢表面经Zn-Cu抗菌镀层改性后,可起到阻止/延缓不锈钢腐蚀释放有害离子、赋予医用不锈钢抗菌性以及提高医用不锈钢生物相容性的作用。本次试验主要体现出医用不锈钢表面用Zn-Cu合金镀层的成功改性,对于Zn-Cu合金的抗菌性和良好生物相容性等可以参见目前的研究报道。
第二方面,本发明实施例还提供一种医用不锈钢的表面改性方法,包括以下步骤:医用不锈钢表面预处理,再热浸镀Zn-Cu镀层和冷却处理。
在可选的实施方式中,医用不锈钢器件预处理包括碱洗、水洗、酸洗、水洗、助镀和烘干处理,或者喷砂、酸洗、水洗、助镀和烘干处理。
在可选的实施方式中,碱洗液为10%-20%的NaOH溶液,碱洗温度为50℃-70℃,酸洗液为10%-35%HNO3+4%-8%HF的水溶液或8%-48%H2SO4的水溶液,酸洗时间10s-60s,助镀液为80-200g/LNH4Cl和60-200g/LZnCl2水溶液,助镀温度25℃-70℃,助镀时间为20s-120s。
在可选的实施方式中,烘干温度为100℃-200℃,烘干时间为60s-300s。
在可选的实施方式中,热浸镀Zn-Cu镀层为:将医用不锈钢在Zn-Cu合金熔体中进行浸镀,Zn-Cu熔体温度为435℃-520℃,热浸镀时间为10s-300s。
浸镀温度为10s-300s,浸镀时间过短,不锈钢表面不能形成连续均匀的Zn-Cu镀层,浸镀时间过长,金属间化合物相层中容易出现含Ni和Cr的化合物。浸镀温度也不易过高,过高的浸镀温度,一方面增加能耗,另外会使浸镀时铁锌反应过快,金属间化合物层过厚,且金属间化合物相层中还会含Ni和Cr的化合物。可见,采用本发明实施例提供的方法在医用不锈钢表面获得的Zn-Cu镀层连续、均匀,可有效阻止医用不锈钢生理腐蚀释放有害离子,赋予医用不锈钢抗菌性,提高医用不锈钢生物相容性。与等离子喷涂、离子注入、激光熔覆等表面处理方法相比,该方法具有高效、简单和成本低廉的特点,所获得的Zn-Cu抗菌镀层与不锈钢之间为冶金结合。该热浸镀工艺是一种成熟可靠的工艺,便于实际生产和应用。
第三方面,本发明还提供一种上述Zn-Cu镀层改性医用不锈钢作为医用植入材料的应用,例如可用于假肢、关节植入物、整形外科装置、心血管支架等方面。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将304不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用15%NaOH进行,温度为60℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用15%HNO3+5%HF的溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用100g/L NH4Cl+80g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于150℃烘干3分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入435℃的Zn-0.5%Cu熔体中,浸镀10~300s,取出,水冷。
通过上述工艺在304不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,304不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm为的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm为的Zn-Cu自由凝固层。
实施例2
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将304不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用15%NaOH进行,温度为60℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用18%的HNO3+4%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用120g/L NH4Cl+80g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于200℃烘干2分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入470℃的Zn-3%Cu熔体中,浸镀10~180s,取出,水冷。
通过上述工艺在304不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。参见图2,通过测定,304不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层厚度为15-30μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层厚度为35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
实施例3
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将304不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用15%NaOH进行,温度为50℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用12%的HNO3+4%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用100g/L NH4Cl+100g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于200℃烘干2分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入520℃的Zn-5%Cu熔体中,浸镀10~120s,取出,水冷。
通过上述工艺在304不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,304不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
实施例4
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将316不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用15%NaOH进行,温度为60℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用15%的HNO3+4%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用100g/LNH4Cl+100g/LZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于160℃烘干2分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入450℃的Zn-1%Cu熔体中,浸镀10~300s,取出,水冷。
通过上述工艺在316不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,316不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
实施例5
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将316不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用20%NaOH进行,温度为60℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用10%的HNO3+5%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用120g/L NH4Cl+80g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于150℃烘干3分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入460℃的Zn-2%Cu熔体中,浸镀10~180s,取出,水冷。
通过上述工艺在316不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,3164不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
实施例6
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、喷砂:将316不锈钢工件(50×20×10mm)进行喷砂处理,去除表面油污等。
b、酸洗:酸洗采用15%的HNO3+4%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
c、水洗:采用自来水漂洗,常温。
d、助镀。采用120g/L NH4Cl+80g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于150℃烘干2分钟。
e、热浸镀:将烘干后的工件浸入520℃的Zn-5%Cu熔体中,浸镀10~90s,取出,水冷。
通过上述工艺在304不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,304不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
实施例7
本发明提供一种Zn-Cu镀层改性医用不锈钢及其制备方法,步骤如下(工艺流程可参照图1):
a、碱洗:将316不锈钢工件(50×20×10mm)进行碱洗脱脂,去除表面油污等。采用15%NaOH进行,温度为60℃。
b、水洗:采用自来水漂洗,常温。
c、酸洗:酸洗采用15%的HNO3+4%的HF溶液进行。常温,酸洗时间60s。
d、水洗:采用自来水漂洗,常温。
e、助镀。采用120g/L NH4Cl+80g/L ZnCl2溶液进行助镀。温度为60℃,时间为90s。
烘干:将助镀后的工件于200℃烘干2分钟。
f、热浸镀:将烘干后的工件浸入470℃的Zn-3%Cu熔体中,浸镀10~120s,取出,水冷。
通过上述工艺在316不锈钢工件表面得到了光亮平整的Zn-Cu镀层。通过测定,316不锈钢工件表面的镀层具有内层和外层。内层为厚度为15-25μm的Fe-Cu-Zn金属间化学物相层,外层为厚度35-50μm的Zn-Cu自由凝固层。
对比例1
采用冷喷、热喷涂方法在医用不锈钢表面制备Zn-Cu涂层,这类方法在不锈钢表面制备的Zn-Cu镀层通常为在基体表面涂布镀层,涂层中一般无金属间化合物相层,整个涂层为不致密的Zn-Cu合金层。所得的Zn-Cu涂层与医用不锈钢之间的结合力差,且涂层不致密,这将影响医用不锈钢的使用性能。
对比例2
与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:合金熔体的温度为425℃。在本对比例中,由于锌浴温度过低,一方面不利于助镀膜层的分解;不锈钢表面出现明显漏镀现象;另外,Zn-0.5%Cu熔体流动性很差,通过上述工艺不能在304不锈钢工件表面得到光亮平整的Zn-Cu镀层。
对比例3
与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:合金熔体的温度为530℃。如图3中的a图所示,在本对比例中,由于锌浴温度过高,一方面会增加生产能耗,且增加锌的烧损;另外,由于Zn-0.5%Cu熔体过高,热浸镀界面反应较快,通过上述工艺在304不锈钢工件表面的到的Zn-Cu镀层金属间化合物层非常厚,但Zn-Cu自由凝固较薄,即金相图中基本检测不到Zn-Cu自由凝固层,且金属间化合物中容易形成含Cr、Ni等有害元素的金属间化合物(由于基体不锈钢中含有大量Cr、Ni元素,因此锌浴温度过高,基体中这类元素会从不锈钢中出来,进入镀层中),这满足不了抑制医用不锈钢生理腐蚀释放有害离子的设计初衷。
对比例4
与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:浸镀时间为10分钟。如图3中的b图所示,在本对比例中,由于浸镀时间过长,导致热浸镀界面反应过于充分,不锈钢表面金属间化合物层会非常厚,且金属间化合物中容易形成含Cr、Ni等有害元素的金属间化合物,这满足不了抑制医用不锈钢生理腐蚀释放有害离子的设计初衷。
对比例5
与实施例1的步骤相似,不同之处仅在于:浸镀时间为5s。在本对比例中,由于浸镀时间过短,不利于助镀膜层的充分分解,不利于不锈钢与锌浴间界面充分反映,使得不锈钢表面出现明显漏镀现象。因此通过该对比例不能在304不锈钢工件表面获得光亮平整的Zn-Cu镀层。
综上,本发明公开了一种Zn-Cu合金镀层改性医用不锈钢及其制备方法与应用,属于医用金属材料表面处理技术领域。医用不锈钢具有力学性能优良且价格低廉,医用Zn-Cu合金具有良好的抗菌性和生物相容性,通过Zn-Cu合金改性医用不锈钢的方法把各自的优良性能结合起来。该方法在医用不锈钢表面获得的Zn-Cu镀层连续且均匀,可有效阻止/延缓不锈钢生理腐蚀释放有害离子,提高医用不锈钢抗菌性和生物相容性。该发明将为不锈钢在生物应用中发挥更好的作用提供一种简单高效、价格低廉的表面改性方法,该热浸镀Zn-Cu镀层改性医用不锈钢可用于假肢、关节植入物、整形外科装置、心血管支架等方面。
以上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)
1.一种具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,其特征在于,包括医用不锈钢以及所述医用不锈钢表面的Zn-Cu合金镀层,并且,所述Zn-Cu合金镀层中Cu的质量百分含量为0.5-5.0%,其余为锌和少量不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,其特征在于,所述Zn-Cu合金镀层为:与所述医用不锈钢为冶金结合,且连续均匀生长形成在所述医用不锈钢表面的合金镀层。
3.根据权利要求2所述的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,其特征在于,所述医用不锈钢表面的所述Zn-Cu合金镀层自下而上由金属间化合物相层和自由凝固层组成,所述金属间化合物相层为Fe-Zn-Cu化合物层,所述自由凝固层为Zn-Cu合金层。
4.根据权利要求3所述的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,其特征在于,所述Zn-Cu合金镀层的总厚度为30-75μm;
优选地,所述金属间化合物相层的厚度为5-25μm,所述自由凝固层的厚度为25-50μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢,其特征在于,所述医用不锈钢的材质为304、302、316或316L。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢的制备方法,其特征在于,其包括:在医用不锈钢表面热浸镀Zn-Cu合金镀层。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,热浸镀Zn-Cu镀层为:将医用不锈钢在Zn-Cu合金熔体中进行浸镀,其中,所述Zn-Cu合金熔体的温度为435℃-520℃,热浸镀时间为10s-300s。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,先对所述医用不锈钢表面进行预处理,再将所述医用不锈钢在Zn-Cu合金熔体中进行浸镀;
优选地,对所述医用不锈钢表面进行预处理为:所述医用不锈钢的表面依次进行碱洗、水洗、酸洗、水洗、助镀和烘干,或者依次进行喷砂、酸洗、水洗、助镀和烘干;
优选地,碱洗液为10-20%的NaOH溶液,碱洗温度为50℃-70℃,酸洗液为15%-35%HNO3和4%-8%HF的溶液或11%-48%H2SO4水溶液,酸洗时间10s-60s,助镀液为80-200g/LNH4Cl和60-200g/LZnCl2的水溶液,助镀温度25℃-70℃,助镀时间为20s-120s,烘干温度为100℃-200℃,时间为60s-300s。
9.一种根据权利要求1-5中任一项所述具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢或6-8中任一项所述的制备方法制备得到的具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢作为医用植入材料的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述医用植入材料包括假肢、关节植入物、整形外科装置和心血管支架中的任意一种。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111121170.1A CN113846282A (zh) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | 具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111121170.1A CN113846282A (zh) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | 具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113846282A true CN113846282A (zh) | 2021-12-28 |
Family
ID=78979114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111121170.1A Pending CN113846282A (zh) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | 具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113846282A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114247893A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-03-29 | 西南医科大学附属医院 | 一种金属粉末的制造方法及其应用 |
CN114259600A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-01 | 广东省科学院新材料研究所 | 具有Zn-Cu-Ti合金镀层的材料及其制备方法与应用 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05287484A (ja) * | 1992-04-06 | 1993-11-02 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 溶融亜鉛合金めっき被覆物の製造方法 |
CN1696329A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-11-16 | 西北有色金属研究院 | 一种医用不锈钢的表面改性涂层及涂制方法 |
CN102181822A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-09-14 | 桂林电子科技大学 | 表面含铜铈的抗菌不锈钢及其应用与制备工艺 |
CN104994892A (zh) * | 2013-02-22 | 2015-10-21 | 卡蒂亚蒂斯股份有限公司 | Mri可视医疗装置 |
CN107904532A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 华南理工大学 | 一种在钢材表面构筑高耐蚀锌合金双镀层的方法 |
CN109652771A (zh) * | 2017-10-10 | 2019-04-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种骨植入用锌-铜涂层及其制备方法 |
CN110029383A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-19 | 浙江工贸职业技术学院 | 一种可降解锌铜泡沫生物材料 |
-
2021
- 2021-09-24 CN CN202111121170.1A patent/CN113846282A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05287484A (ja) * | 1992-04-06 | 1993-11-02 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 溶融亜鉛合金めっき被覆物の製造方法 |
CN1696329A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-11-16 | 西北有色金属研究院 | 一种医用不锈钢的表面改性涂层及涂制方法 |
CN102181822A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-09-14 | 桂林电子科技大学 | 表面含铜铈的抗菌不锈钢及其应用与制备工艺 |
CN104994892A (zh) * | 2013-02-22 | 2015-10-21 | 卡蒂亚蒂斯股份有限公司 | Mri可视医疗装置 |
CN109652771A (zh) * | 2017-10-10 | 2019-04-19 | 中国科学院金属研究所 | 一种骨植入用锌-铜涂层及其制备方法 |
CN107904532A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-04-13 | 华南理工大学 | 一种在钢材表面构筑高耐蚀锌合金双镀层的方法 |
CN110029383A (zh) * | 2019-03-15 | 2019-07-19 | 浙江工贸职业技术学院 | 一种可降解锌铜泡沫生物材料 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
中国冶金百科全书总编辑委员会《金属材料》卷编辑委员会: "《中国冶金百科全书金属材料卷》", vol. 1, 冶金工业出版社, pages: 118 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114259600A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-01 | 广东省科学院新材料研究所 | 具有Zn-Cu-Ti合金镀层的材料及其制备方法与应用 |
CN114247893A (zh) * | 2022-02-24 | 2022-03-29 | 西南医科大学附属医院 | 一种金属粉末的制造方法及其应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113846282A (zh) | 具有Zn-Cu合金镀层的医用不锈钢及制备方法和应用 | |
WO2016132165A1 (fr) | Procede de fabrication d'une piece phosphatable a partir d'une tole revetue d'un revetement a base d'aluminium et d'un revetement de zinc | |
FR2617868A1 (fr) | Procede pour le depot electrolytique d'un revetement metallique, de preference brasable, sur des objets fabriques en aluminium ou en un alliage de l'aluminium | |
CA2358105A1 (en) | Methods for coating metallic articles | |
CN110592625A (zh) | 一种钛合金表面石墨烯改性Cu-Zn复合镀层制备方法 | |
JP2007308802A (ja) | マグネシウム合金基板におけるニッケル系積層構造の作成方法、該方法による表面処理マグネシウム合金物及び該方法に用いる清浄溶液と表面処理溶液 | |
KR100522755B1 (ko) | 땜납 젖음성, 내청성 및 내휘스커성이 우수한 환경 친화형전자 부품용 표면 처리 강판 | |
CN101204861A (zh) | 钛合金零件保护层及其制备方法和防氢脆用途 | |
Tai et al. | Application of electroless Ni–Zn–P film for under-bump metallization on solder joint | |
CN102534698A (zh) | 涂层以及具有涂层的浇铸零件 | |
CN111826642A (zh) | 一种镀镍锡线的生产工艺 | |
CN111455317A (zh) | 可降解镁合金覆膜骨钉及制备方法 | |
DE69907477D1 (de) | Drahtelektrode zum Funkenerodieren und Verfahren zur Herstellung | |
CN109570672A (zh) | 在钛合金表面制备特高温耐磨涂层的方法 | |
CN101435097A (zh) | 一种镁合金表面上无氰电镀金属层的方法 | |
FX et al. | Formation of hydroxyapatite on Ti-coated Ti-Zr-Cu-Pd bulk metallic glass | |
RU2013106266A (ru) | Медьсодержащий раствор для предварительной промывки иттрийсодержащей композиции электроосаждаемого покрытия | |
CN105274593A (zh) | 一种仿金电镀液及其电镀方法 | |
CN101343748B (zh) | 电镀酸洗用组合物和使用该组合物的电镀方法 | |
CN102453937A (zh) | 提高镁及镁合金抗蚀性的预处理方法 | |
CN114259600B (zh) | 具有Zn-Cu-Ti合金镀层的材料及其制备方法与应用 | |
JPH116047A (ja) | 溶融亜鉛合金めっき浴用地金、めっき浴、溶融亜鉛合金めっき鉄鋼材及びその製造方法 | |
JP7460035B1 (ja) | 表面処理鋼板およびその製造方法 | |
JP2003253469A (ja) | 半田濡れ性および耐食性に優れたSn系表面処理鋼板並びにその製造方法 | |
YU et al. | Preparation and properties of biological functional magnesium coating on Ti6Al4V substrate |
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 |