專利名稱：一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦表面改性領(lǐng)域，特別是一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法。
背景技術(shù)：
浸潤性是生物材料的一個(gè)重要特征，可用親水性和疏水性進(jìn)行區(qū)分，是表征材料表面自由能的重要參數(shù)。隨材料表面潤濕性的變化，材料的表面性能發(fā)生改變。具有疏水性的涂層，可抑制部件在濕潤環(huán)境下的腐蝕，從而拓展材料的應(yīng)用領(lǐng)域。目前對材料進(jìn)行表面防腐蝕的方法主要包括涂覆法和改性法。例如，向材料表面涂覆金屬或可起到隔絕作用的保護(hù)膜以達(dá)到避免材料與腐蝕環(huán)境之間的接觸。然而因所引入物質(zhì)多不具備生物活性而并不被生物材料表面改性所采用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法所制備微弧氧化涂層在體液中浸泡較易被腐蝕，而導(dǎo)致涂層中生物活性失效的問題，而提供一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法。本發(fā)明的一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，是按以下步驟進(jìn)行的一、鈦試樣表 面預(yù)處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光，再依次使用丙酮、質(zhì)量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進(jìn)行超聲清洗5min，然后在40°C烘箱內(nèi)烘干30min;二、配制微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配制微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的硅酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為(T20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預(yù)處理后的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負(fù)極，在電解液溫度為10°C 60°C，脈沖電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、占空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化后的鈦試樣，采用去離子水沖洗3飛次，在40°C烘箱內(nèi)烘干30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物涂層。本發(fā)明包含以下有益效果本發(fā)明方法在不改變涂層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過向微弧氧化將生物活性和疏水性同時(shí)引入到鈦材部件表面，電解液添加乙酸銀，同時(shí)將生物活性和疏水性引入到涂層表面，方法簡單易行、無污染、便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，拓展醫(yī)用材料的應(yīng)用范圍。微弧氧化方法是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，可在工件表面原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。通過調(diào)節(jié)電解液成分，可將生物活性和疏水性特征同時(shí)引入到試樣表面。本發(fā)明得到的涂層進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，測試結(jié)果如圖1所示，與普通親水性微弧氧化生物涂層(圖3)相比，在涂層表面有大量納米級(jí)顆粒狀物質(zhì)存在，顯著提高了涂層的表面能，使其潤濕角顯著增大，約為110°。對涂層進(jìn)行EDS能譜檢測，涂層中有磷P、硅S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。磷P、硅S1、鈣Ca是生物玻璃的主要成分，有利于材料生物活性的提高。模擬體液浸泡7天后，可在試樣表面觀察到磷灰石生成。


圖1為試驗(yàn)I制備的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層SEM圖；圖2為試驗(yàn)I制備的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層潤濕角圖；圖3為電解液中沒有添加乙酸銀溶液，采用試驗(yàn)I的方法制備的鈦表面親水微弧氧化生物涂層SEM圖；圖4為電解液中沒有添加乙酸銀溶液，采用試驗(yàn)I的方法制備的鈦表面親水微弧氧化生物涂層潤濕角圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方式
間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式的一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法按照以下步驟進(jìn)行一、鈦試樣表面預(yù)處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋
光，再依次使用丙酮、質(zhì) 量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進(jìn)行超聲清洗5min，然后在40°C烘箱內(nèi)烘干30min;二、配制微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配制微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的硅酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為O. r20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預(yù)處理后的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負(fù)極，在電解液溫度為10°c 60°C，脈沖電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、占空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化后的鈦試樣，采用去離子水沖洗3飛次，在40°C烘箱內(nèi)烘干30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物涂層。本實(shí)施方式的方法在不改變涂層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過向微弧氧化將生物活性和疏水性同時(shí)引入到鈦材部件表面，電解液添加乙酸銀，同時(shí)將生物活性和疏水性引入到涂層表面，方法簡單易行、無污染、便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，拓展醫(yī)用材料的應(yīng)用范圍。微弧氧化方法是通過電解液與相應(yīng)電參數(shù)的組合，依靠弧光放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫高壓作用，可在工件表面原位生長出以基體金屬氧化物為主的陶瓷膜層。通過調(diào)節(jié)電解液成分，可將生物活性和疏水性特征同時(shí)引入到試樣表面。本實(shí)施方式得到的涂層進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，測試結(jié)果如圖1所示，與普通親水性微弧氧化生物涂層(圖3)相比，在涂層表面有大量納米級(jí)顆粒狀物質(zhì)存在，顯著提高了涂層的表面能，使其潤濕角顯著增大，約為110°。對涂層進(jìn)行EDS能譜檢測，涂層中有磷P、硅S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。磷P、硅S1、鈣Ca是生物玻璃的主要成分，有利于材料生物活性的提高。模擬體液浸泡7天后，可在試樣表面觀察到磷灰石生成。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為l(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為5 10g/L的硅酸鈉溶液、濃度為5 10g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 15g/L的乙酸鈣溶液、濃度為l(T20g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為l(T20g/L的氫氧化鈉溶液。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是步步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為15 20g/L的乙酸銀溶液、濃度為7. lg/L的硅酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 60°C，脈沖電壓為250 350V、工作頻率為20(T800Hz、占空比為4 16%的條件下,微弧氧化5 15min。其它與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 40°C，脈沖電壓為30(T350V、工作頻率為40(T800Hz、占空比為4 10%的條件下 ,微弧氧化5 10min。其它與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至五之一不同的是步驟三中所述的在電解液溫度為40°C，脈沖電壓為350V、工作頻率為600Hz、占空比為8%的條件下，微弧氧化5min。其它與具體實(shí)施方式
一至五之一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是所述的鈦試樣為TA2、TA3、TA4或T2448鈦合金。其它與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果試驗(yàn)I本試驗(yàn)的一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法按照以下步驟進(jìn)行一、鈦試樣表面預(yù)處理使用200#、600#、1000#、1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光，然后依次使用丙酮、質(zhì)量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進(jìn)行超聲清洗5min，然后在40°C烘箱內(nèi)放置30min ；二、配制微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配制電解液，電解液由濃度為IOg/L的乙酸銀溶液、濃度為7. lg/L的硅酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液、濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液組成，得微弧氧化電解液；三、將步驟一預(yù)處理后的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負(fù)極，在電解液溫度為60°C，脈沖電壓為400V、工作頻率為800Hz、占空比為10%的條件下，微弧氧化5min ；四、將步驟三電解后的鈦試樣，采用去離子水沖洗3飛次，在40°C烘箱內(nèi)烘干30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物涂層。對本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層進(jìn)行EDS能譜檢測，SEM及濕潤角結(jié)果如圖1，2所示，圖3和圖4是采用本試驗(yàn)的方法，但是步驟二的電解液中未加入乙酸銀溶液，其它步驟和參數(shù)與本試驗(yàn)相同，制備得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的SEM及濕潤角結(jié)果圖，由圖1和圖3可知，圖1表面粗糙具有微納米顆粒結(jié)構(gòu)，而圖3表面光滑，其潤濕角為別為108°和32° (圖2和4所示)。而且本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層中有磷P、硅S1、鈣Ca、銀Ag元素存在。本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層中銀含量為0. 8wt. %，滴液法采用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物涂層表面潤濕角約108°。試驗(yàn)2本試驗(yàn)與試驗(yàn)I不同的是步驟二中所述的乙酸銀濃度為15g/L，其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)I相同。本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層中銀含量為1. 2wt. %，滴液法采用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物涂層表面潤濕角約為110°。試驗(yàn)3本試驗(yàn)與試驗(yàn)I不同的是步驟二中所述的乙酸銀濃度為20g/L，其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)I相同。 本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層中銀含量為1. 5wt. %，滴液法采用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物涂層表面潤濕角約為120°。試驗(yàn)4本試驗(yàn)與試驗(yàn)I不同的是步驟三中所述脈沖電壓為450V，其它步驟及參數(shù)與試驗(yàn)I相同。本試驗(yàn)得到的鈦表面疏水微弧氧化生物涂層中銀含量為1. 2wt. %，滴液法采用去離子水測試鈦表面疏水微弧氧化生物涂層表面潤濕角約為110°。
權(quán)利要求
1.一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的一、鈦試樣表面預(yù)處理使用200#、600#、1000#和1500#砂紙依次對鈦試樣打磨拋光， 再依次使用丙酮、質(zhì)量百分含量為95%的乙醇溶液和去離子水進(jìn)行超聲清洗5min，然后在 40°C烘箱內(nèi)烘干30min;二、配制微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，配制微弧氧化電解液，其中微弧氧化電解液由濃度為(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為3 20g/L的硅酸鈉溶液、濃度為f 19g/L的乙酸鈣溶液、濃度為2 15g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 30g/L的EDTA_2Na溶液和濃度為 O. r20g/L的氫氧化鈉溶液組成；三、將步驟一預(yù)處理后的鈦試樣放入電解液中，以鈦試樣為正極、鐵板為負(fù)極，在電解液溫度為10°c 60°C，脈沖電壓為250 550V、工作頻率為20(Tl000Hz、占空比為4 20%的條件下，微弧氧化5 15min ；四、取步驟三微弧氧化后的鈦試樣，采用去離子水沖洗3 5次，在40°C烘箱內(nèi)烘干 30min,即得到鈦表面疏水微弧氧化生物涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為l(T25g/L的乙酸銀溶液、濃度為5 10g/L的硅酸鈉溶液、濃度為5 10gL的磷酸二氫鈣溶液、濃度為5 15g/L的乙酸鈣溶液、濃度為l(T20g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為l(T20g/L的氫氧化鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于步驟二中所述的微弧氧化電解液以去離子水為溶劑，由濃度為15 20g/L的乙酸銀溶液、 濃度為7. lg/L的硅酸鈉溶液、濃度為6. 3g/L的磷酸二氫鈣溶液、濃度為8. 8g/L的乙酸鈣溶液、濃度為15g/L的EDTA-2Na溶液和濃度為15g/L的氫氧化鈉溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 60°C，脈沖電壓為250 350V、工作頻率為20(Γ800Ηζ、 占空比為4 16%的條件下,微弧氧化5 15min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于步驟三中所述的在電解液溫度為30°C 40°C，脈沖電壓為30(T350V、工作頻率為 40(Γ800Ηζ、占空比為4 10%的條件下，微弧氧化5 lOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于步驟三中所述的在電解液溫度為40°C，脈沖電壓為350V、工作頻率為600Hz、占空比為8%的條件下，微弧氧化5min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，其特征在于所述的鈦試樣為TA2、TA3、TA4或鈦合金T2448。
全文摘要
一種鈦表面疏水微弧氧化生物涂層的制備方法，它涉及鈦表面改性領(lǐng)域，本發(fā)明要解決現(xiàn)有方法所制備微弧氧化涂層因潤濕角小，在體液中浸泡較易被腐蝕，而導(dǎo)致涂層中生物活性失效的問題。本發(fā)明的方法為一、鈦試樣表面打磨清洗處理；二、配制微弧氧化電解液；三、在電解液溫度為10℃~60℃，脈沖電壓為250~550V、工作頻率為200~1000Hz、占空比為4~20%的條件下，微弧氧化5~15min；四、清洗、干燥，即得。本發(fā)明工藝簡單、周期短、成本低，易規(guī)模化生成。本發(fā)明應(yīng)用在醫(yī)用器械領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C25D11/26GK103046103SQ201310034010
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者魏大慶, 周睿, 成夙, 周玉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)