一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，涉及金属表面改性技术领域。将钛片置于装有电解液的不锈钢槽中进行微弧氧化；将所制备的微弧氧化钛试样置于反应釜中水热生长纳米颗粒状二氧化锡。得到的电活性生物陶瓷涂层具有如下结构和性能特征：涂层为双层复合涂层，内层为二氧化钛，呈微观多孔结构，表层为二氧化锡，呈纳米颗粒状。该涂层结构与基体之间无不连续界面，在模拟体液环境中能快速诱导形成类骨磷灰石，具有良好的生物活性。

Method for preparing micro arc titanium oxide surface composite two tin oxide electric active bioceramic coating

The invention discloses a preparation method of a micro arc titanium oxide surface compound two tin oxide electric active bioceramic coating, which relates to the technical field of metal surface modification. The titanium sheet is placed in the stainless steel tank with the electrolyte for micro arc oxidation, and the prepared micro arc titanium oxide sample is placed in the hydrothermal growth of the nanometer granular two tin oxide in the reaction kettle. The obtained bioactive ceramic coating has the following structure and performance characteristics: the coating is a double layer composite coating, and the inner layer is titanium dioxide, which is a micro porous structure, and the surface layer is two tin oxide, which is nano granular. There is no continuous interface between the coating and the substrate, which can induce the formation of bone like apatite in the simulated body fluid environment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属表面改性
，具体涉及一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法。
技术介绍
钛及钛合金是已被广泛应用的医用种植体材料，但钛及钛合金在应用中表现为生物惰性，不具备骨诱导能力。微弧氧化技术是一种常见的钛表面生物活性改性方法，可在钛及钛合金表面生成具有微观多孔结构的二氧化钛陶瓷涂层，但该方法所制备的涂层生物活性较弱。在骨修复过程中，种植体表面带负电可促使磷灰石的沉积和成骨细胞的表达，有利于骨组织与种植体的整合。通过对溶液成分的控制，水热处理后可在金属氧化物表面生长二氧化锡。二氧化钛和二氧化锡的层状复合所形成二型结构异质P-N结，有利于电子和空穴的分离，使二氧化锡纳米层富集电子而呈负电性，形成生物电活性涂层。现有方法制备的钛及其合金表面涂层的生物活性较弱。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问，提供一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，该方法通过将多孔结构微弧氧化涂层与二氧化锡纳米颗粒层复合赋予涂层生物电活性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：1)微弧氧化处理：将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中，形成电解液；以钛试样为阳极，将电解液加入到不锈钢槽体中，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样置于电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化钛试样；2)水热处理：将锡盐、氢氧化钠、水和酒精加入到水中，形成混合溶液，然后将混合溶液注入水热反应釜中，再将步骤1)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中，在150～240℃水热处理1～48h，即在钛表面得到二氧化锡电活性生物陶瓷涂层。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中微弧氧化参数如下：微弧氧化采用脉冲电压，正电压为250～550V，负电压为0～100V，微弧氧化脉冲频率为200～800Hz，微弧氧化的占空比为6～30％，微弧氧化时间为5～15min。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)中将钛试样置于0～40℃的电解液中进行微弧氧化。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的电解液中NaOH的浓度为1～15g/L，β-C3H7Na2O6P的浓度为5～30g/L。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的混合溶液中锡盐的浓度为0.01～0.1mol/L，氢氧化钠的浓度为0.01～1mol/L；步骤2)的混合溶液中去离子水和无水乙醇按体积比(1～3):1。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中锡盐为氯化锡、氯化亚锡或锡酸钠。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中在150～240℃水热处理1～40h。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)中在180～220℃水热处理5～20h。本专利技术进一步的改进在于，该方法制得的涂层为具有微观多孔和纳米颗粒复合结构的双层复合涂层，内层为二氧化钛，呈微观多孔结构，表层为纳米颗粒状二氧化锡，层厚为100～1000nm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过微弧氧化-水热处理两步处理，制备出的生物电活性涂层为具有微观多孔和纳米颗粒复合结构的双层复合涂层，内层为二氧化钛，表层为纳米颗粒状二氧化锡，水热生成的二氧化锡纳米颗粒层与钛表面微弧氧化涂层结合紧密，不受多孔结构形貌影响；(2)本专利技术制备出的二氧化锡纳米颗粒层厚在100nm～1000nm之间，有利于PN结表面负电性的表达，可使材料的生物活性得到明显提高，模拟体液浸泡7天后，即可在其表面观察到磷灰石生成。(3)本专利技术采用水热法在微观多孔结构微弧氧化钛涂层表面生长二氧化锡纳米颗粒层，形成电活性生物陶瓷涂层，工艺简单、成本低廉，而且制备的与基体之间无不连续界面，在模拟体液环境中能快速诱导形成类骨磷灰石，具有良好的生物活性。该产品有望在医用种植体领域获得广泛的应用。附图说明图1是本专利技术制备的具有电活性生物陶瓷涂层的钛试样结构示意图。图2是本专利技术制得的电活性生物陶瓷涂层的表面低倍形貌；图3是本专利技术制得的电活性生物陶瓷涂层的表面高倍形貌；图4是本专利技术制得的电活性生物陶瓷涂层的截面形貌；图中，1为钛试样，2为二氧化钛，3为二氧化锡。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。1)微弧氧化处理：将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中，形成电解液；电解液中NaOH的浓度为1～15g/L，β-C3H7Na2O6P的浓度为5～30g/L；以钛试样为阳极，将电解液加入到不锈钢槽体中，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样置于0～40℃的电解液中进行微弧氧化，微弧氧化参数如下：微弧氧化采用脉冲电压，正电压为250～550V，负电压为0～100V，微弧氧化脉冲频率为200～800Hz，微弧氧化的占空比为6～30％，微弧氧化时间为5～15min，得到微弧氧化钛试样；其中，钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金。2)水热处理：将锡盐、氢氧化钠、水和酒精加入到水中，形成混合溶液，混合溶液中锡盐的浓度为0.01～0.1mol/L，氢氧化钠的浓度为0.01～1mol/L；步骤2)的混合溶液中去离子水和无水乙醇按体积比(1～3):1；然后将混合溶液注入水热反应釜中，再将步骤1)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中，在150～240℃水热处理1～48h，即在钛表面得到二氧化锡电活性生物陶瓷涂层。其中，锡盐为氯化锡、氯化亚锡或锡酸钠。实施例11)微弧氧化处理：将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中，形成电解液；电解液中NaOH的浓度为1g/L，β-C3H7Na2O6P的浓度为25g/L；以钛试样为阳极，将电解液加入到不锈钢槽体中，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样置于30℃的电解液中进行微弧氧化，微弧氧化参数如下：微弧氧化采用脉冲电压，正电压为250V，负电压为80V，微弧氧化脉冲频率为500Hz，微弧氧化的占空比为15％，微弧氧化时间为10min，得到微弧氧化钛试样；其中，钛试样为TA2工业纯钛。2)水热处理：将锡盐、氢氧化钠、水和酒精加入到水中，形成混合溶液，混合溶液中锡盐的浓度为0.01mol/L，氢氧化钠的浓度为0.8mol/L；步骤2)的混合溶液中去离子水和无水乙醇按体积比1:1；然后将混合溶液注入水热反应釜中，再将步骤1)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中，在200℃水热处理20h，即在钛表面得到二氧化锡电活性生物陶瓷涂层。其中，锡盐为锡酸钠。图1为本实施例制备的具有电活性生物陶瓷涂层的钛试样结构示意图，该方法在钛试样1上制得的涂层为具有微观多孔和纳米颗粒复合结构的双层复合涂层，内层为二氧化钛2，呈微观多孔结构，表层为纳米颗粒状二氧化锡3，层厚为100～1000nm。采用扫描电镜对本试验得到的具有电活性生物陶瓷涂层的TA2试样所生成的陶瓷涂层进行观察，结果如图2，3和4所示：图2和3为本试验具有电活性生物陶瓷涂层的扫描电镜表面形貌照片，由图2和3可以看出，涂层完整，表面被纳米颗粒所覆盖，具有传统微弧氧化涂层的微观多孔结构；图4为本试验具有电活性生物陶瓷涂层的扫描电镜截面形貌照片，由图4可以看出，涂层分为两层，层间无不连续界面，表层厚度约为200～500nm。具有电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)微弧氧化处理：将NaOH和β‑C3H7Na2O6P加入到水中，形成电解液；以钛试样为阳极，将电解液加入到不锈钢槽体中，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样置于电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化钛试样；2)水热处理：将锡盐、氢氧化钠、水和酒精加入到水中，形成混合溶液，然后将混合溶液注入水热反应釜中，再将步骤1)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中，在150～240℃水热处理1～48h，即在钛表面得到二氧化锡电活性生物陶瓷涂层。

【技术特征摘要】
1.一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)微弧氧化处理：将NaOH和β-C3H7Na2O6P加入到水中，形成电解液；以钛试样为阳极，将电解液加入到不锈钢槽体中，以不锈钢槽体为阴极，将钛试样置于电解液中进行微弧氧化，得到微弧氧化钛试样；2)水热处理：将锡盐、氢氧化钠、水和酒精加入到水中，形成混合溶液，然后将混合溶液注入水热反应釜中，再将步骤1)烘干后的微弧氧化钛试样浸泡于混合溶液中，在150～240℃水热处理1～48h，即在钛表面得到二氧化锡电活性生物陶瓷涂层。2.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中微弧氧化参数如下：微弧氧化采用脉冲电压，正电压为250～550V，负电压为0～100V，微弧氧化脉冲频率为200～800Hz，微弧氧化的占空比为6～30％，微弧氧化时间为5～15min。3.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中钛试样为TA2、TA3、TA4工业纯钛或TC4钛合金。4.根据权利要求1所述的一种微弧氧化钛表面复合二氧化锡电活性生物陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，步骤1)中将钛试样置于0～40℃的电解液中进行微弧氧化。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：周睿，憨勇，靳国瑞，李明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61