钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械技术

本发明专利技术提供了一种钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械，涉及钛合金复合材料技术领域。该钛合金复合材料包括钛合金基底和形成在钛合金基底表面的金刚石涂层，金刚石涂层包括微米金刚石岛和纳米金刚石层，微米金刚石岛在钛合金基底表面非连续分布，纳米金刚石层形成于钛合金基底未分布有微米金刚石岛的表面以及微米金刚石岛表面，该金刚石涂层具有一定的杀菌抑菌作用，同时具有稳定的物理化学性质，以及较低的摩擦系数、较高的硬度和弹性模量，使得该金刚石涂层与钛合金基底复合形成的钛合金复合材料具有优良的生物相容性、杀菌抑菌效用以及耐腐蚀和耐磨损性能。本发明专利技术还提供了钛合金复合材料的制备方法，工艺简单、稳定。

Titanium alloy composite and its preparation, surgical implants and medical devices

【技术实现步骤摘要】
钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械
本专利技术涉及钛合金复合材料
，具体而言，涉及一种钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械。
技术介绍
钛合金是20世纪中期发展起来的一种重要合金材料。自20世纪60年代钛合金便开始广泛在生物医疗器械领域发展应用，应用领域广泛涉及骨科、矫形外科、心脑血管等多学科。尤其作为主要的外科植入物材料，钛合金具较其他材料有着多方面的优势。例如，钛合金的生物相容性和耐腐蚀性能好，钛合金植入体液环境中会形成致密的氧化层，该氧化层化学惰性高，生物毒性低，吸附蛋白质分子的概率也较小，因而组织排异性低，具有良好的生物相容性。另一方面，钛合金较其他金属如不锈钢有更好的韧性，能依据人体各部位不同的解剖形态完成内植物的塑形，更好地发挥生理功能。由于外科植入物材料或医疗器械与人体接触、介入或植入体内后对宿主的影响是一个非常复杂的过程，可能会引起包括组织反应、血液反应、免疫反应和全身反应在内的诸多生物学改变，从而出现如感染、钙化、血栓栓塞、肿瘤等并发症。作为钛合金植入材料也存在一定缺陷，即表面生物活性不高，并且，钛合金在植入人体后，由于钛合金耐磨性和抗腐蚀性较差，在人体生理环境尤其是在需要承受载荷的部位中，腐蚀比较严重，细胞适应性明显降低，钒和铝等微量有害的金属离子容易在人体肌体中被释放出来，能对人体造成危害。同时钛合金本身不具备抗菌性能，容易引起周围环境的细菌感染进而导致手术失败和发病率升高。有鉴于此，特提出本专利技术以解决上述技术问题中的至少一个。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种钛合金复合材料，通过在钛合金基底上设置特定结构的金刚石涂层，使得该钛合金复合材料具有良好的抗菌性能、耐腐蚀和耐磨损性能。本专利技术的第二个目的在于提供一种钛合金复合材料的制备方法，工艺简单、稳定，适合工业化生产。本专利技术的第三个目的在于提供一种外科植入物，包括上述钛合金复合材料。本专利技术的第四个目的在于提供一种医疗器械，包括上述钛合金复合材料或外科植入物。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供一种钛合金复合材料，包括：钛合金基底；和，金刚石涂层，形成在所述钛合金基底表面；其中，所述金刚石涂层包括位于所述钛合金基底同一表面的微米金刚石岛以及纳米金刚石层；所述微米金刚石岛非连续设置于所述钛合金基底表面；所述纳米金刚石层设置于所述微米金刚石岛表面以及所述钛合金基底未设置有所述微米金刚石岛的表面。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，所述微米金刚石岛为多个纳米金刚石颗粒形成的聚集体；优选地，所述金刚石涂层中微米金刚石岛的粒径为2～5μm，优选为2.5～4.5μm；优选地，所述纳米金刚石涂层的厚度为50～200nm，优选为100～200nm。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，相邻的所述微米金刚石岛之间的距离小于2μm，优选为0.2～1μm；优选地，所述纳米金刚石涂层中纳米金刚石的粒径为3～20nm，优选为6～18nm。本专利技术还提供了一种钛合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：将经过预处理的钛合金基底进行一次植晶处理后，采用化学气相沉积法在钛合金基底部分表面形成非连续的微米金刚石岛；将形成有非连续的微米金刚石岛的产品进行二次植晶处理后，采用化学气相沉积法形成纳米金刚石层，得到钛合金复合材料。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，所述一次植晶的植晶密度为106～108个/cm2，优选为(2～8)×107个/cm2；和/或，所述二次植晶的植晶密度为108～1014个/cm2，优选为1013～1014个/cm2。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，所述一次植晶采用的一次植晶溶液包括以下原料：纳米金刚石粉、阴离子表面活性剂和水，其中，纳米金刚石粉质量占一次植晶溶液质量的0.005～0.5％，阴离子表面活性剂在一次植晶溶液中的浓度为10-6～10-3mol/L，一次植晶溶液pH为2～8；优选地，所述阴离子表面活性剂为草酸或柠檬酸；优选地，所述二次植晶采用的二次植晶溶液包括以下原料：纳米金刚石粉、阳离子表面活性剂和水，其中，纳米金刚石粉质量占二次植晶溶液质量的0.005-0.5％，阳离子表面活性剂在二次植晶溶液中的浓度为10-6～10-3mol/L，二次植晶溶液pH为3～5；优选地，所述阳离子表面活性剂为赖氨酸或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，所述一次植晶的植晶方式为将经过预处理的钛合金基底放入一次植晶溶液中，超声处理后再进行干燥；优选地，超声处理时间为20-60min，干燥方式为用氮气吹干；和/或，所述二次植晶的植晶方式为将形成有非连续的微米金刚石岛的产品放入二次植晶溶液中，超声处理后再进行干燥；优选地，超声处理时间为20-60min，干燥方式为用氮气吹干。进一步的，在本专利技术技术方案的基础之上，所述预处理包括对钛合金基底表面进行喷砂处理和清洗的步骤；和/或，化学气相沉积法形成非连续的微米金刚石岛的工艺参数包括：气源包括甲烷和氢气；和/或，甲烷32-40sccm，氢气700-900sccm；和/或，丝样间距为6-12mm；和/或，真空室压力为1200-2000Pa；和/或，功率为6200-6900W；和/或，沉积时间为0.5-1.5h；和/或，化学气相沉积法在形成纳米金刚石层的工艺参数包括：气源包括甲烷和氢气；和/或，甲烷32-40sccm，氢气700-900sccm；和/或，丝样间距为6-12mm；和/或，真空室压力为1200-2000Pa；和/或，功率为6200-6900W；和/或，沉积时间为2-10min。本专利技术还提供了一种外科植入物，包括上述钛合金复合材料或采用上述钛合金复合材料的制备方法制得的钛合金复合材料。本专利技术还提供了一种医疗器械，包括上述钛合金复合材料或采用上述钛合金复合材料的制备方法制得的钛合金复合材料或上述外科植入物。与现有技术相比，本专利技术提供的钛合金复合材料及其制备方法、外科植入物和医疗器械具有以下有益效果：(1)本专利技术提供了一种钛合金复合材料，包括钛合金基底和形成在钛合金基底表面的金刚石涂层，该金刚石涂层包括微米金刚石岛以及纳米金刚石层，其中微米金刚石岛在钛合金基底表面非连续分布，纳米金刚石层形成于钛合金基底未分布有微米金刚石岛的表面以及微米金刚石岛表面。由于金刚石具有的氢终端键有一定的杀菌作用，从而使得金刚石涂层也具有杀菌作用，同时微米金刚石岛和纳米金刚石层所形成的多级次微纳结构具有一定的抑菌的效果；另外，由于金刚石层具有极其稳定的物理化学性质，还具有较低的摩擦系数以及较高的硬度和弹性模量，从而使得金刚石涂层与钛合金基底复合形成的钛合金复合材料具有优良的生物相容性、杀菌抑菌效用以及耐腐蚀和耐磨损性能。(2)本专利技术提供了上述钛合金复合材料的制备方法，该采用两次植晶和两次化学气相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金复合材料，其特征在于，包括：/n钛合金基底；和，/n金刚石涂层，形成在所述钛合金基底的表面上；/n其中，所述金刚石涂层包括位于所述钛合金基底同一表面的微米金刚石岛以及纳米金刚石层；/n所述微米金刚石岛非连续设置于所述钛合金基底表面；/n所述纳米金刚石层设置于所述微米金刚石岛表面以及所述钛合金基底未设置有所述微米金刚石岛的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛合金复合材料，其特征在于，包括：
钛合金基底；和，
金刚石涂层，形成在所述钛合金基底的表面上；
其中，所述金刚石涂层包括位于所述钛合金基底同一表面的微米金刚石岛以及纳米金刚石层；
所述微米金刚石岛非连续设置于所述钛合金基底表面；
所述纳米金刚石层设置于所述微米金刚石岛表面以及所述钛合金基底未设置有所述微米金刚石岛的表面。


2.根据权利要求1所述的钛合金复合材料，其特征在于，所述微米金刚石岛为多个纳米金刚石颗粒形成的聚集体；
优选地，所述微米金刚石岛的粒径为2～5μm，优选为2.5～4.5μm；
优选地，所述纳米金刚石涂层的厚度为50～200nm，优选为100～200nm。


3.根据权利要求1或2所述的钛合金复合材料，其特征在于，相邻的所述微米金刚石岛之间的距离小于2μm，优选为0.2～1μm；
优选地，所述纳米金刚石涂层中纳米金刚石的粒径为3～20nm，优选为6～18nm。


4.权利要求1-3任意一项所述的钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将经过预处理的钛合金基底进行一次植晶处理后，采用化学气相沉积法在钛合金基底部分表面形成非连续的微米金刚石岛；
将形成有非连续的微米金刚石岛的产品进行二次植晶处理后，采用化学气相沉积法形成纳米金刚石层，得到钛合金复合材料。


5.根据权利要求4所述的钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述一次植晶的植晶密度为106～108个/cm2，优选为(2～8)×107个/cm2；
和/或，所述二次植晶的植晶密度为108～1014个/cm2，优选为1013～1014个/cm2。


6.根据权利要求4或5所述的钛合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述一次植晶采用的一次植晶溶液包括以下原料：纳米金刚石粉、阴离子表面活性剂和水，其中，纳米金刚石粉质量占一次植晶溶液质量的0.005～0.5％，阴离子表面活性剂在一次植晶溶液中的浓度为10-6～10-3mol/L，一次植晶溶液pH为2～8；
优选地，所述阴离子表面活性剂为草酸或柠檬...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，黄磊，王陶，王星永，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44