【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医用材料，更具体地说，是涉及一种具有仿生减磨织构的种植体及其制备方法。
技术介绍
1、由于钛合金本身硬度低、疲劳强度差，导致植入体在服役过程中容易出现紧固螺钉松动、连接螺纹点蚀和腐蚀失效；同时，由于钛合金是惰性金属，缺少刺激成骨细胞和骨细胞增殖的能力，主要依靠与骨的机械性锁合提供固位力；且其表面具有的致密氧化钛使得植入体在模拟体液或者机体内几乎不能诱导类骨磷灰石的沉积，只是与骨组织形成一般的骨整合，导致植入体存在骨结合失败、植入体周围骨吸收等问题。更为严重的是，医用钛合金植入人体后，与生物体内的组织和器官一起处于不停的运动和摩擦之中，会承受不同大小、方向及种类的载荷，在植入体-生物组织界面发生摩擦磨损，由于钛合金耐磨性差，磨损颗粒中溶出的有毒离子会导致植入体失效，引起炎症问题和对人体的毒性作用，甚至影响到人体其它器官的正常运行，大大降低了钛合金植入体系统的可靠性、安全性和服役寿命，使其应用受到限制。因此，如何改善钛合金植入体的耐磨性，是提高其长期安全性、可靠性和服役稳定性的关键问题。
2、目前，钛合金植入体的表面改性方法主要有物理改性(喷砂处理、等离子处理、激光处理)、电化学改性(阳极氧化、微弧氧化、溶胶-凝胶)、化学改性(碱热处理、酸碱两步法处理)以及生物活性改性(自组装技术、生物分子吸附、抗菌性涂层)4个方面。但是，传统的喷砂方法难以获得均匀的钛植入体粗糙表面，且容易引入杂质，极易降低植入体寿命；等离子喷涂可以提供多孔的植入体表面，增加骨接触面积，是理想的植入体表面粗糙化方法，但由于该技术工艺要求复
3、综上，现有技术还存在以下缺点：钛合金植入物在种植及服役过程中，植入体-生物组织界面发生摩擦磨损，由于钛合金耐磨性差，磨损颗粒中溶出的有毒离子会导致植入体失效，引起炎症问题和对人体的毒性作用，甚至影响到人体其它器官的正常运行，大大降低了钛合金植入体系统的可靠性、安全性和服役寿命；而传统物理、电化学、化学表面改性技术往往存在工艺复杂，易引入杂质，加工面质量不稳定，对材料本身产生破坏等缺陷。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有仿生减磨织构的种植体及其制备方法，本专利技术提供的制备方法通过超快激光技术，在不对材料本身产生热影响及引入其他杂质的情况下，实现仿生织构的尺寸精确性与结构完整性的良好控制，并结合仿生学在钛合金表面制备贝壳纹仿生耐磨织构。
2、本专利技术提供了一种具有仿生减磨织构的种植体的制备方法，包括以下步骤：
3、将待加工钛合金置于飞秒脉冲激光器加工系统的移动平台上，按照预先设定好的仿生织构图，进行飞秒脉冲激光加工，得到具有仿生减磨织构的种植体。
4、优选的，所述待加工钛合金选自ti6al4v钛合金基底、ti5al2.5fe钛合金基底以及ti6al7nb钛合金基底。
5、优选的，所述待加工钛合金置于所述移动平台前，还包括：
6、将待加工钛合金在乙醇和/或水中进行超声清洗10min～30min。
7、优选的，所述飞秒脉冲激光器加工系统由脉冲激光器、光路系统、控制系统和移动平台构成。
8、优选的，所述仿生织构图由若干条具有减磨效果的波浪形凹槽织构按照相同间距排列而成；所述波浪形凹槽织构由半径为0.1mm～0.3mm的半圆组成，相邻两条波浪形凹槽织构的间距为0.1mm～0.3mm。
9、优选的，所述仿生织构图的设定过程具体为：
10、通过显微镜光观察贝壳表面纹理，提取贝壳表面形貌，通过autocad设计形貌图，再通过旋转式摩擦实验测定不同半径和间距参数下的耐磨损性能，确定具有最好耐磨性能的半径和间距参数的织构尺寸；之后将织构图案保存为def格式，打开飞秒脉冲激光器加工系统中控制系统的laserdesk软件，导入上述def格式的织构图案文件，完成仿生织构图的设定。
11、优选的，所述飞秒脉冲激光加工的过程具体为：
12、完成仿生织构图的设定后，设置飞秒脉冲激光器加工系统的脉冲激光器参数：
13、第一步，设置激光加工的扫描次数和扫描速度；
14、第二步，设置激光平均功率和激光频率；
15、第三步，调整激光位置；
16、之后进行飞秒脉冲激光加工，形成波浪形凹槽织构，最终得到具有仿生减磨织构的种植体。
17、优选的，所述扫描次数为20次～40次，扫描速度为80mm/s～120mm/s；
18、所述激光平均功率为0.3w～0.5w，激光频率为0.8khz～1.2khz；
19、所述调整激光位置通过飞秒脉冲激光器加工系统的移动平台调整z轴位置等于初始位置加待加工钛合金高度。
20、优选的，所述飞秒脉冲激光加工的光束质量为m2＝1～1.5，实验中的光斑直径为30μm～50μm，脉冲宽度为250fs～280fs，波长为340nm～350nm。
21、本专利技术还提供了一种具有仿生减磨织构的种植体，采用上述技术方案所述的制备方法制备而成。
22、本专利技术提供了一种具有仿生减磨织构的种植体及其制备方法；该制备方法包括以下步骤：将待加工钛合金置于飞秒脉冲激光器加工系统的移动平台上，按照预先设定好的仿生织构图，进行飞秒脉冲激光加工，得到具有仿生减磨织构的种植体。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法使用飞秒脉冲激光在医用钛合金表面加工织构纹理，形成仿生织构，能够减少杂质离子的污染，降低飞溅和熔融颗粒的产生，极大地提升纹理表面加工质量；并且结合仿生技术，在材料表面设计波浪形仿生织构，能够降低磨损过程中颗粒的产生，并对磨损颗粒进行捕获，从而提高了钛合金磨损过程中的稳定性，近而降低了材料表面的磨损量；同时，不需要织构化之后的二次表面处理，无需其他修饰技术，实现植入体耐磨性能的提升。
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1.一种具有仿生减磨织构的种植体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待加工钛合金选自Ti6Al4V钛合金基底、Ti5Al2.5Fe钛合金基底以及Ti6Al7Nb钛合金基底。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待加工钛合金置于所述移动平台前，还包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光器加工系统由脉冲激光器、光路系统、控制系统和移动平台构成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述仿生织构图由若干条具有减磨效果的波浪形凹槽织构按照相同间距排列而成；所述波浪形凹槽织构由半径为0.1mm～0.3mm的半圆组成，相邻两条波浪形凹槽织构的间距为0.1mm～0.3mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述仿生织构图的设定过程具体为：
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光加工的过程具体为：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述扫描次数为20次～40
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光加工的光束质量为M2＝1～1.5，实验中的光斑直径为30μm～50μm，脉冲宽度为250fs～280fs，波长为340nm～350nm。
10.一种具有仿生减磨织构的种植体，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种具有仿生减磨织构的种植体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待加工钛合金选自ti6al4v钛合金基底、ti5al2.5fe钛合金基底以及ti6al7nb钛合金基底。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述待加工钛合金置于所述移动平台前，还包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述飞秒脉冲激光器加工系统由脉冲激光器、光路系统、控制系统和移动平台构成。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述仿生织构图由若干条具有减磨效果的波浪形凹槽织构按照相同间距排列而成；所述波浪形凹槽织构由半径为0.1mm～0.3mm的半圆组成，相邻两条波浪...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄艳斐，王海斗，邢志国，郭伟玲，李林祥，杨瑟飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军装甲兵学院，
类型：发明
国别省市：
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