CN113981503A - 一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法 - Google Patents

一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医用假体技术领域，尤其涉及一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，步骤包括S1、前处理工序机械打磨，S2、超声波清洗，S3、腐蚀处理工序，S4、彩钛氧化处理，对S3中烘干后的表面进行彩钛氧化处理，然后经S5步骤操作超声清洗烘干后得到带有氧化着色表面的髋臼杯。本发明中的表面处理方法，可以确保对髋臼杯局部表面均匀氧化着色而不会产生色斑，氧化膜与髋臼杯粘着性很好，稳定性强，在对髋臼杯局部表面氧化处理后，增加了髋臼杯与人体骨组织的融合性，具有结合力强以及良好的生物相容性。

Description

一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法
技术领域
本发明涉及医用假体技术领域，尤其涉及一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法。
背景技术
钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。在适当的阳极氧化条件下，钛合金表面会呈现丰富色彩变化的阳极氧化膜层，具有一定的耐腐蚀能力。阳极氧化工艺是一种在金属及其合金表面电解氧化形成氧化膜的传统技术，运用该技术做成的氧化膜色彩均匀、耐腐蚀、结合力强以及良好的生物相容性，在现代生物医学领域和航空航天领域得到了广泛的应用。
髋关节是人体最大、最重要的关节之一，其承受着人体很大一部分体重。然而，类风湿性关节炎、创伤性关节炎、先天性髋臼发育不良等疾病会导致髋关节疼痛及其功能的丧失，从而严重影响病患生活。目前，人工全髋关节置换术是治疗髋关节终末期疾病最成功的手段，其中髋臼杯是人工全髋关节系统的重要部件。
目前的髋臼杯主要由内衬与衬背材料构成，衬背选用钛合金材料，内衬可选金属、陶瓷、高分子材料，内衬目前用的较多的是高分子材料，如超高分子聚乙烯。由于衬背与人体髋臼接触，为避免人工全髋关节松动，目前，常对衬背进行表面处理，例如在衬背表面进行钛珠烧结、或喷涂钛合金粉末、生物陶瓷粉、羰基磷灰石涂层等，虽然这些表面处理虽然可以缓解松动问题，但与人体骨组织的融合性不足，稳定性仍然较差。钛阳极氧化过程中，电解液的浓度和温度以及电流密度等因素对氧化钛薄膜的生长影响小，而外加电压才是影响氧化钛薄膜生长厚度的最主要的因素。
因此，提出一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的50～500mL/L硝酸、30～100mL/L氟化氢铵、40％浓度的20～100mL/L氢氟酸、45～60g/L氟化钠、0.5～5mL/L稳定剂组成；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，得到带有氧化着色面的髋臼杯。
优选的，所述S1中磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目。
优选的，所述S2、S4和S5中的超声波清洗的温度为40～60℃，清洗时间为5～10min。
优选的，所述S3中腐蚀处理的工作温度设置为25～40℃，工作时间为3～10min。
优选的，所述S4中彩钛溶液的成分由10～250g/L酒石酸、5～50mL/L乳酸、10～200g/L草酸、10～200g/L柠檬酸、10～100mL/L双氧水、5～50mL/L丙三醇组成，工作时间为1～10min。
优选的，所述S4中彩钛氧化的工作电压为26～92V。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，采用将待阳极氧化的表面接触在浸润了彩钛氧化液的无尘布上的氧化方式，氧化方式独特简单，且不需要氧化的部位也无需进行遮蔽处理，在确保氧化处理效果的同时，提高了氧化操作的效率。
2、本发明中的表面处理方法，可以确保对髋臼杯局部表面均匀氧化着色而不会产生色斑，氧化膜与髋臼杯粘着性很好，稳定性强，在对髋臼杯局部表面氧化处理后，增加了髋臼杯与人体骨组织的融合性，具有结合力强以及良好的生物相容性，并且根据颜色能够快速区分规格，便于实际应用的选择。
3、本发明，通过调整槽电压来控制钛表面所生成的氧化膜的厚度，进而达到精细控制髋臼杯的表面发色色调，使钛表面按要求显现出蓝色、金黄色、紫红色、宝蓝色、草绿色各个色彩的目的。
附图说明
图1为本发明提出的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法的髋臼杯上氧化着色面的俯视结构示意图。
图中：1氧化着色面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
参照图1，一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，处理步骤为S1、前处理工序，用磨光机对髋臼杯上需要进行阳极氧化处理的表面进行机械打磨，S2、超声波清洗，对S2中的磨光后的表面进行超声波清洗处理，并烘干，S3、腐蚀处理工序，对S2中的表面进行腐蚀处理，超声清洗后烘干，S4、彩钛氧化处理，在不同的电压下，对S3中烘干后的表面进行彩钛氧化处理，然后经S5步骤操作超声清洗烘干后得到带有氧化着色表面的髋臼杯(氧化处理的表面参照说明书附图1)；
其中，S4中彩钛氧化处理方式，是控制需要做氧化处理的表面，与润湿后的无尘布接触，同时不需要氧化的部位也无需进行遮蔽处理，在确保氧化处理效果的同时，提高了氧化操作的效率。
实施例1：一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨，磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，超声波清洗的温度为40℃，清洗时间为5min，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的50mL/L硝酸、30mL/L氟化氢铵、40％浓度的20mL/L氢氟酸、45g/L氟化钠、0.5mL/L稳定剂组成，腐蚀处理的工作温度设置为25℃，工作时间为3min；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，超声波清洗的温度为40℃，清洗时间为5min，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理，彩钛溶液的成分由10g/L酒石酸、5mL/L乳酸、10g/L草酸、10g/L柠檬酸、10mL/L双氧水、5mL/L丙三醇组成，工作温度选择室温温度，工作时间为3min，彩钛氧化的工作电压为26V，在26V电压下，彩钛颜色为蓝色；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，超声波清洗的温度为40℃，清洗时间为5min，得到带有氧化着色面1的髋臼杯。
实施例2：一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨，磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的150mL/L硝酸、40％浓度的45mL/L氟化氢铵、55mL/L氢氟酸、48g/L氟化钠、2mL/L稳定剂组成，腐蚀处理的工作温度设置为25℃，工作时间为5min；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理，彩钛溶液的成分由65g/L酒石酸、15mL/L乳酸、70g/L草酸、55g/L柠檬酸、45mL/L双氧水、20mL/L丙三醇组成，工作温度选择室温温度，工作时间为3min，彩钛氧化的工作电压为51V，彩钛颜色为金黄色；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，得到带有氧化着色面1的髋臼杯。
实施例3：一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨，磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的250mL/L硝酸、65mL/L氟化氢铵、40％浓度的60mL/L氢氟酸、50g/L氟化钠、3mL/L稳定剂组成，腐蚀处理的工作温度设置为30℃，工作时间为5min；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理，彩钛溶液的成分由105g/L酒石酸、20mL/L乳酸、100g/L草酸、95g/L柠檬酸、80mL/L双氧水、30mL/L丙三醇组成，工作温度选择室温温度，工作时间为5min，彩钛氧化的工作电压为69V，彩钛颜色为紫红色；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，超声波清洗的温度为50℃，清洗时间为8min，得到带有氧化着色面1的髋臼杯。
实施例4：一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨，磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的300mL/L硝酸、80mL/L氟化氢铵、40％浓度的80mL/L氢氟酸、55g/L氟化钠、4mL/L稳定剂组成，腐蚀处理的工作温度设置为40℃，工作时间为8min；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理，彩钛溶液的成分由150g/L酒石酸、30mL/L乳酸、150g/L草酸、120g/L柠檬酸、90mL/L双氧水、40mL/L丙三醇组成，工作温度选择室温温度，工作时间为8min，彩钛氧化的工作电压为80V，彩钛颜色为宝蓝色；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，得到带有氧化着色面1的髋臼杯。
实施例5：一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨，磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的500mL/L硝酸、100mL/L氟化氢铵、40％浓度的100mL/L氢氟酸、60g/L氟化钠、5mL/L稳定剂组成，腐蚀处理的工作温度设置为40℃，工作时间为10min；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理，彩钛溶液的成分由250g/L酒石酸、50mL/L乳酸、1200g/L草酸、200g/L柠檬酸、100mL/L双氧水、50mL/L丙三醇组成，工作温度选择室温温度，工作时间为10min，彩钛氧化的工作电压为92V，彩钛颜色为草绿色；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，超声波清洗的温度为60℃，清洗时间为10min，得到带有氧化着色面1的髋臼杯。
对按照实施例一至实施例五所记载的髋臼杯的局部表面处理，在不同电压下，进行观察后呈现的状态，结果如下：
实施例 电压(V) 颜色 厚度(nm)
1 26 蓝色 35
2 51 金黄色 12
3 69 紫红色 75
4 80 宝蓝色 94
5 92 草绿色 108
综上，在正常环境下,钛的表面会自然形成一层氧化层，大约5nm厚。本发明中的阳极氧化层保护可以起到保护钛基，以防钛基受到腐蚀(钝化)的作用。
在不同实施例中阳极氧化的条件下，通过调整槽电压来控制钛表面所生成的氧化膜的厚度，进而达到精细控制髋臼杯的表面发色色调，使钛表面按要求显现出蓝色、金黄色、紫红色、宝蓝色、草绿色各个色彩的目的，具备一定的耐腐蚀能力，增加了应用状态下良好的生物相容性，稳定性也得到充分保证。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、前处理工序：选择磨光机对髋臼杯需要彩钛加工的待氧化着色的表面进行机械打磨；
S2、超声波清洗：采用纯化水对S1中机械打磨后的表面进行超声波清洗处理，后续再对表面进行烘干处理；
S3、腐蚀处理工序：对S2中烘干后的表面，在腐蚀溶液中做腐蚀前处理，腐蚀溶液的成分由67％浓度的50～500mL/L硝酸、30～100mL/L氟化氢铵、40％浓度的20～100mL/L氢氟酸、45～60g/L氟化钠、0.5～5mL/L稳定剂组成；
S4、彩钛氧化处理：将S3中进行腐蚀处理后的表面，进行超声波水洗处理后做烘干处理，然后将髋臼杯待氧化的表面接触在浸润过氧化着色溶液的无尘布上，控制髋臼杯通电后，进行氧化处理；
S5、后处理工序：将S4中彩钛氧化处理后的髋臼杯，利用纯化水进行超声波清洗后，做烘干处理，得到带有氧化着色面(1)的髋臼杯。
2.根据权利要求1所述的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，所述S1中磨光机选择为金相磨光机，且磨光机的转速设置为300r/min，磨光机选择水磨砂纸，目数为600目。
3.根据权利要求1所述的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，所述S2、S4和S5中的超声波清洗的温度为40～60℃，清洗时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，所述S3中腐蚀处理的工作温度设置为25～40℃，工作时间为3～10min。
5.根据权利要求1所述的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，所述S4中彩钛溶液的成分由10～250g/L酒石酸、5～50mL/L乳酸、10～200g/L草酸、10～200g/L柠檬酸、10～100mL/L双氧水、5～50mL/L丙三醇组成，工作时间为1～10min。
6.根据权利要求5所述的一种髋臼杯局部阳极氧化着色的表面处理方法，其特征在于，所述S4中彩钛氧化的工作电压为26～92V。
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