一种钛合金表面涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种钛合金表面涂层及其制备方法。方法包括：对钛合金基体的表面进行预处理；以壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基体表面制备壳聚糖涂层；以含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层。本发明专利技术采用恒电位电化学沉积方法在生物医用钛合金表面依次制备壳聚糖涂层和羟基磷灰石涂层，得到具有壳聚糖涂层和羟基磷灰石双层涂层的钛合金，所制备的具有该双层涂层的钛合金充分地发挥了三种材料的各个优势，不仅具有优异的生物相容性、抗菌性及耐腐蚀性，整体还展现出了与骨骼相匹配的力学性能，同时由于壳聚糖的引入大大提高了涂层在基体上的附着力。涂层在基体上的附着力。涂层在基体上的附着力。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金表面涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物医用钛合金材料表面改性领域，尤其涉及一种钛合金表面涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物医用钛及钛合金具有优异的机械性能，并且已被证明具有与人体骨骼相匹配的力学相容性以及良好的生物相容性，因此被广泛作为骨骼和牙种植体等硬组织的主要临床应用材料。然而，由于生物医用钛及钛合金本身的生物惰性，导致其骨整合能力较差，同时其抗菌性能及耐腐蚀性也需进一步提升。为了使生物医用钛及钛合金能够适应人体复杂的生理环境，有必要对生物医用钛及钛合金进行表面改性，以完善其性能，使其能够更好地适应临床应用。
[0003]磷酸钙是生物硬组织中最重要的无机组成成分，以羟基磷灰石(HA)的形式存在于骨骼和牙齿中。人工合成的羟基磷灰石陶瓷具有优异的生物活性、骨诱导能力和生物相容性，能与骨组织形成化学键合，诱导骨组织的生长。然而，羟基磷灰石的脆性限制了其不能用于承重较大的骨骼，因此，通常用于复合材料中的活性成分、直接结合到人体组织中的颗粒状填充物以及金属植入物上的涂层等。
[0004]壳聚糖(CS)是自然界中存在的唯一天然碱性多糖，存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的角质层和真菌的细胞壁中。壳聚糖具有优异的物理化学性能和生物学特性，比如良好的生物相容性、无毒性、抗菌性以及与蛋白质具有显著的亲和力等。壳聚糖的优异性能促使其成为一种可靠的天然生物活性材料，在医疗、制药工业、组织工程和农业等领域都得到了广泛的应用。壳聚糖也因其自身特性不溶于水、碱以及一般有机溶剂，但因其结构单元中存在
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NH2基团，极易与酸反应成盐，所以其可以溶解在许多稀的无机酸或某共有机酸中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钛合金表面涂层及其制备方法，所得到的生物医用钛合金表面涂层具有优异的生物活性、生物相容性、抗菌性，且涂层与基体的结合力及耐蚀性得到增强。本专利技术表面具有壳聚糖&羟基磷灰石双层涂层的生物医用钛合金，可有效应用于骨科植入物。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种钛合金表面涂层的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]提供钛合金基体；
[0009]对所述钛合金基体的表面进行预处理；
[0010]配制壳聚糖溶液；
[0011]配制含有钙离子和磷酸根离子的溶液；
[0012]以所述壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基
体表面制备壳聚糖涂层；
[0013]以所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层。
[0014]可选地，所述对钛合金基体的表面进行预处理的步骤，具体包括：对钛合金基体的表面依次进行打磨处理、除油处理、刻蚀处理和活化处理。
[0015]可选地，所述配制壳聚糖溶液的步骤，具体包括：
[0016]将冰乙酸加入到水中，得到乙酸溶液，所述乙酸溶液中乙酸的体积分数为1～3％；
[0017]将壳聚糖粉末加入至所述乙酸溶液中，进行搅拌直至澄清，除去不溶物，得到壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1～5％。
[0018]可选地，所述壳聚糖的分子量为40000～500000，脱乙酰度≥91％。
[0019]可选地，所述配制含有钙离子和磷酸根离子的溶液的步骤，具体包括：将可溶性钙盐和可溶性磷酸盐溶于水中，得到含有钙离子和磷酸根离子的溶液；其中，所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液中钙元素与磷元素的摩尔比为1～3，所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液中钙离子的浓度为4.0～6.0mmol/L。
[0020]可选地，所述可溶性钙盐为Ca(NO3)2·
4H2O，所述可溶性磷酸盐为(NH4)2HPO4。
[0021]可选地，以所述壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基体表面制备壳聚糖涂层的步骤，具体包括：将经过预处理的钛合金基体放在三电极系统的电解池中，电解液为所述壳聚糖溶液，在恒定电位下进行电化学沉积，在经过预处理的钛合金基体表面制备得到壳聚糖涂层；
[0022]其中，所述电化学沉积的时间为1800～7200s，所述电化学沉积的沉积电位为
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3～3V。
[0023]可选地，以所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层的步骤，具体包括：将表面制备有壳聚糖涂层的钛合金基体放在三电极系统的电解池中，电解液为所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液，在恒定电位下进行电化学沉积，在钛合金基体的壳聚糖涂层表面制备得到羟基磷灰石涂层；
[0024]其中，所述电化学沉积的时间为1800～7200s，所述电化学沉积的沉积电位为
‑
3～3V。
[0025]可选地，其中，所述电化学沉积在35℃～40℃的恒温水浴中进行。
[0026]本专利技术的第二方面，提供一种钛合金表面涂层，其中，采用本专利技术所述的钛合金表面涂层的制备方法制备得到。
[0027]本专利技术具有如下有益效果：
[0028](1)区别于现有制备出的表面涂层，本专利技术制备的生物医用钛合金表面涂层呈现出片层状结构，层与层之间结构紧密，分布均匀。且上述结构可以显著地提高材料的比表面积，非常有利于成骨细胞的黏附、铺展、增殖，能够促进新骨形成。同时，本专利技术先制备出壳聚糖涂层，而后又再其基础上制备出羟基磷灰石涂层，壳聚糖作为基体与羟基磷灰石涂层之间的过渡层，使得制备出的生物医用钛合金表面涂层在基体上的附着力与传统涂层相比明显增强。
[0029](2)本专利技术制备的生物医用钛合金表面涂层是在钛合金基体上引入羟基磷灰石和壳聚糖，充分利用了钛合金基体、羟基磷灰石、壳聚糖三种材料所具有的优点，不仅使得整
体具备与骨骼相匹配的力学相容性，且具有优异的生物相容性和抗菌性，同时耐腐蚀性较好，并且由于壳聚糖的引入也大大提高了涂层在基体上的附着力，在植入物等方面的使用中具有重要的实际应用价值。
[0030](3)本专利技术制备的生物医用钛合金表面涂层采用的方法是恒电位电化学沉积法，此种方法操作简单，制备过程稳定，在操作过程中能够有效调节参数，控制变量，并且此种方法对于任何形状复杂的基体表面都可以应用。同时，此种方法在应用过程中几乎没有废弃物质产生，制备效率高，可产业化。
附图说明
[0031]图1为实施例1制备的表面具有壳聚糖&羟基磷灰石双层涂层的生物医用钛合金Ti6Al4V基体的横截面结构示意图。
[0032]图2为实施例1制备的壳聚糖&羟基磷灰石双层涂层在不同放大倍率下的SEM图。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供一种钛合金表面涂层及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金表面涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：提供钛合金基体；对所述钛合金基体的表面进行预处理；配制壳聚糖溶液；配制含有钙离子和磷酸根离子的溶液；以所述壳聚糖溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在经过预处理的钛合金基体表面制备壳聚糖涂层；以所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液为电解液，采用恒电位电化学沉积法在壳聚糖涂层表面制备羟基磷灰石涂层。2.根据权利要求1所述的钛合金表面涂层的制备方法，其特征在于，所述对钛合金基体的表面进行预处理的步骤，具体包括：对钛合金基体的表面依次进行打磨处理、除油处理、刻蚀处理和活化处理。3.根据权利要求1所述的钛合金表面涂层的制备方法，其特征在于，所述配制壳聚糖溶液的步骤，具体包括：将冰乙酸加入到水中，得到乙酸溶液，所述乙酸溶液中乙酸的体积分数为1～3％；将壳聚糖粉末加入至所述乙酸溶液中，进行搅拌直至澄清，除去不溶物，得到壳聚糖溶液，所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量分数为1～5％。4.根据权利要求1所述的钛合金表面涂层的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖的分子量为400000～500000，脱乙酰度≥91％。5.根据权利要求1所述的钛合金表面涂层的制备方法，其特征在于，所述配制含有钙离子和磷酸根离子的溶液的步骤，具体包括：将可溶性钙盐和可溶性磷酸盐溶于水中，得到含有钙离子和磷酸根离子的溶液；其中，所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液中钙元素与磷元素的摩尔比为1～3，所述含有钙离子和磷酸根离子的溶液中钙离子的浓度为4.0～6.0mmol/L。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽垚，王自强，王景祥，杨晨，姚仲文，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：