一种金属支架表面改性方法技术

本发明专利技术涉及一种金属支架表面改性方法，属于金属表面改性技术领域。该方法有效利用高功率脉冲磁控溅射技术在金属支架表面沉积钛/氧化钛薄膜。其步骤为：首先，将金属支架放入高功率脉冲磁控溅射设备的真空室中，真空室抽真空至0.5×10-3Pa～2×10-3Pa；向真空室内通入氩气，溅射清洗金属支架及靶材；向真空室内通入氩气，通过调节溅射电压幅值、频率、脉宽、溅射气压及基体偏压等参数，运用高功率脉冲磁控溅射技术在金属支架表面制备高结合力的钛过渡层；最后，向真空室内通入氩气和氧气，通过调节溅射电压幅值、频率、脉宽、溅射气压及基体偏压等参数，在钛过渡层上制备结合紧密的氧化钛薄膜。主要用于金属支架的表面改性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，属于金属表面改性
。该方法有效利用高功率脉冲磁控溅射技术在金属支架表面沉积钛/氧化钛薄膜。其步骤为：首先，将金属支架放入高功率脉冲磁控溅射设备的真空室中，真空室抽真空至0.5×10-3Pa～2×10-3Pa；向真空室内通入氩气，溅射清洗金属支架及靶材；向真空室内通入氩气，通过调节溅射电压幅值、频率、脉宽、溅射气压及基体偏压等参数，运用高功率脉冲磁控溅射技术在金属支架表面制备高结合力的钛过渡层；最后，向真空室内通入氩气和氧气，通过调节溅射电压幅值、频率、脉宽、溅射气压及基体偏压等参数，在钛过渡层上制备结合紧密的氧化钛薄膜。主要用于金属支架的表面改性。【专利说明】
本专利技术属于金属表面改性
，特别涉及一种在金属支架表面改性的方法。
技术介绍
金属支架由于具有良好的力学性能和优异的加工性能而被作为血管支架广泛用于冠心病的临床治疗。但是金属支架存在血液相容性不足的缺点，例如金属支架植入人体后，在长期服役过程中会释放出有毒金属离子(如镍离子、铬离子等)，这些离子在血液、血管组织内的长期释放，将可能导致支架植入患者的远期并发症，如血管再狭窄、晚期血栓等，威胁病人的生命。而对金属支架进行表面改性可以有效的抑制有毒金属离子的释放，提高金属支架的生物相容性。氧化钛薄膜材料具有更为优异的血液相容性及良好的化学稳定性，并且能够促进内皮细胞的生长，经氧化钛薄膜材料表面改性金属支架植入人体后能够抑制血管再狭窄及晚期血栓，因此氧化钛薄膜材料在金属支架表面改性领域具有潜在的应用前景。金属支架在植入人体前，首先要压缩到球囊导管上，介入手术植入人体过程中，金属支架到达血管狭窄病变部位后，球囊撑开，使金属支架打开，支撑血管狭窄病变部位。可以看出，在金属支架的植入过程中，金属支架需要经受压缩及拉伸塑性变形，研究表明，在这个过程中，金属材料需要经受30%左右的塑性变形，在这个过程中，金属支架表面的氧化钛薄膜需要和金属支架结合牢固。此外，金属支架植入体内后是一个长期(10年以上)的服役过程，金属支架需要经受血管数十亿次的脉动(心脏跳动输送血液导致血管的脉动)，在这数十亿次的脉动过程中，金属支架表面的氧化钛薄膜需要和金属支架结合牢固。如果氧化钛薄膜从金属支架表面剥落，碎屑会在体内血液中流动，而当其流入到血管的狭窄区域就有可能阻塞血管而危及患者的生命。因此要实现氧化钛薄膜在金属支架表面改性中的临床应用，必须严格控制氧化钛薄膜在金属支架表面的力学稳定性及安全性(结合牢固度)。过渡层的制备是提高薄膜与基体结合力的有效方法之一，为了提高氧化钛薄膜在金属支架表面的结合牢固度，本专利采用纯钛薄膜作为氧化钛薄膜和金属支架的过渡层，金属支架在变形的过程中，纯钛过渡层可以很好的协调氧化钛薄膜与金属支架基体的变形，释放界面应力，使得氧化钛薄膜很好的粘附于金属支架的表面。现有制备无机涂层的方法主要有常规磁控溅射、真空金属弧源沉积、等离子体浸没离子注入等，应用于血管支架表面改性，这些技术手段分别存在着结合强度较低、薄膜表面质量低(存在大颗粒)以及处理过程中电压高容易发生打火，损坏支架等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，它能有效地利用高功率脉冲磁控溅射技术在金属支架表面制备结合性能优异的钛/氧化钛薄膜。本专利技术的目的 是采用以下技术方案来实现的:一种金属支架的表面改性方法，其具体做法包括如下步骤:A、将金属支架分别在酒精和蒸馏水中超声清洗20~40分钟并取出，烘干待用；B、打开高功率脉冲磁控溅射装置的真空室，安装纯度为99.99%的钛靶，将金属支架放入真空室中样品台，关闭真空室，抽真空至0.5X10_3Pa~2X10_3Pa ；C、打开气阀，向真空室内通入氩气至压力0.5~1.5Pa，打开溅射清洗电源，溅射清洗钛靶10~20分钟，关闭气阀及溅射清洗电源；D、打开气阀，向真空室内通入IS气至压力0.5~3.5Pa,打开偏压电源,在金属支架上施加-50~-1000V的偏压，对金属支架进行溅射清洗10~30分钟，然后关闭气阀及偏压电源；E、打开气阀，向真空室内通入IS气至压力0.5~2.0Pa,打开偏压电源,在金属支架上施加频率为IkHz~50kHz，占空比为10%~50%的脉冲偏压，打开高功率脉冲磁控溅射电源，在金属支架表面沉积10~45秒的纯钛薄膜，关闭气阀、偏压电源及高功率脉冲磁控溅射电源；F、打开气阀和气阀，同时向真空室内通入分压为0.05~0.2Pa的氧气和分压为0.5~2.0Pa的氩气；打开偏压电源，在金属支架上施加-20~-200V的偏压，打开高功率脉冲磁控溅射电源，在金属支架表面沉积5~25分钟的氧化钛薄膜，关闭气阀和气阀及高功率脉冲磁控溅射电源；真空室温度低于80°C时，停真空泵，取出金属支架。所述金属支架表面沉积的氧化钛薄膜的厚度为10~lOOnm。所述金属支架表面沉积的纯钛薄膜厚度为5~30nm。 所述的过渡层为纯钛过渡层。所述脉冲偏压的范围为-100~-2000V。所述的高功率脉冲磁控溅射电源对钛靶放电电压为600~1200V，频率为50~1000Hz，脉宽为 50 ~400 μ S。本专利技术利用高功率脉冲磁控溅射技术制备钛/氧化钛薄膜对支架进行表面改性原理为高功率脉冲磁控溅射产生的钛金属粒子离化率高，在金属支架表面电压的作用下，高密度钛离子束流轰击金属支架表面，可以去除金属支架表面的污染物，同时钛离子轰击金属支架，一部分钛离子以一定的能量注入到金属支架表面，与金属支架产生相互渗透作用，形成混合区；一部分钛离子沉积在金属支架表面，这个过程中，钛过渡层在金属支架表面可以形成局部外延生长，获得化学键合界面，大幅增强钛薄膜与支架的结合强度。在金属支架表面制备的钛过渡层后，再制备氧化钛薄膜时，由于氧化钛薄膜制备过程中，钛离子的轰击，与钛过渡层没有明显界面，形成钛和氧化钛薄膜的混合区，氧化钛薄膜致密度高，结合牢固，耐腐蚀性好，可以有效抑制金属离子的释放。经改性后的金属支架植入及服役过程中，局部经受30%的应变，钛/氧化钛薄膜与支架的结合依然良好，没有出现明显的裂纹及剥落，保持良好的血液相容性及耐腐蚀性。采用钛/氧化钛薄膜对金属支架进行表面改性，是由于氧化钛具有优异的血液相容性及良好的化学稳定性，并且能够抑制平滑肌细胞的增生促进内皮细胞的生长，降低支架的再狭窄率及晚期血栓率，提高金属支架的性能。进一步地，所述的金属支架的表面改性方法可适用于如下材料的任意一种支架，钴铬合金(Co alloy)、316L不锈钢(316L SS)、钛合金(钛alloy)、镍钛合金(ni钛nol)、钽(Ta)及钼铱合金(Pt-1r)等。本专利技术所涉及的技术不仅适用于血管支架，还适用于食道支架、胆道支架等介入手术中所用的各种金属支架产品。 与现有技术相比的优点和效果在于，本专利采用的高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)是一种新型的高离化率物理气相沉积技术，它采用低脉冲频率(5~1000Hz)和低占空比(1~30%)的溅射电源产生大的脉冲峰值溅射电流(3.4A/cm2)，峰值功率密度可达3000W/cm2，大幅度提高了溅射原子的离化率，HPPMS可以使靶材粒子离化率达到90%以上，且这个高密度的离子束流中不含大颗粒。高密度离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属支架表面改性方法，包括如下步骤：A、将金属支架分别在酒精和蒸馏水中超声清洗20～40分钟并取出，烘干待用；B、打开高功率脉冲磁控溅射装置的真空室（2），安装纯度为99.99%的钛靶（8），将金属支架放入真空室（2）中样品台（3），关闭真空室（2），抽真空至0.5×10‑3Pa～2×10‑3Pa；C、打开气阀（4），向真空室（2）内通入氩气至压力0.5～1.5Pa，打开溅射清洗电源，溅射清洗钛靶（8）10～20分钟，关闭气阀（4）及溅射清洗电源；D、打开气阀（4），向真空室（2）内通入氩气至压力0.5～3.5Pa，打开偏压电源（6），在金属支架上施加‑50～‑1000V的偏压，对金属支架进行溅射清洗10～30分钟，然后关闭气阀（4）及偏压电源（6）；E、打开气阀（4），向真空室（2）内通入氩气至压力0.5～2.0Pa，打开偏压电源（6），在金属支架上施加频率为1kHz～50kHz，占空比为10%～50%的脉冲偏压，打开高功率脉冲磁控溅射电源（1），在金属支架表面沉积10～45秒的纯钛薄膜，关闭气阀（4）、偏压电源（6）及高功率脉冲磁控溅射电源（1）；F、打开气阀（4）和气阀（5），同时向真空室（2）内通入分压为0.05～0.2Pa的氧气和分压为0.5～2.0Pa的氩气；打开偏压电源（6），在金属支架上施加‑20～‑200V的偏压，打开高功率脉冲磁控溅射电源（1），在金属支架表面沉积5～25分钟的氧化钛薄膜，关闭气阀（4）和气阀（5）及高功率脉冲磁控溅射电源（1）；真空室（2）温度低于80℃时，停真空泵（7），取出金属支架。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冷永祥，陈赏，谢东，黄楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51