【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料，尤其涉及一种兼具优异摩擦学性能和生物相容性的ta-dlc复合涂层材料及其制备方法。
技术介绍
1、高性能医疗器械材料广泛渗入到医学和生命科学的各个部门，对人类的健康生活有着非常重大的意义。
2、根据与人体接触的形式和时间长短，医疗器械主要分为外科器械、植入式器械和介入性器械。目前大多数医疗器械为金属制品，在使用过程中会产生腐蚀、磨损和排斥等问题，对人体产生不良的影响。因此，医疗器械材料的表面性能是决定其整体性能的关键因素，尤其，低摩擦和生物相容性是大多数医疗器械材料需要满足的最基本性能。
3、dlc(diamond-like carbon，类金金刚石碳)涂层作为固体润滑材料的典型代表，在机械加工、刀具模具、医疗器械、军工航天等领域中应用很广，尤其，dlc涂层超低摩擦的实现使其在医疗器械领域展现出巨大的应用潜力。然而，在生物应用中，dlc涂层在抗菌、抗粘连、生活相容性等方面还存在一定弊端。
技术实现思路
1、为了解决现有dlc涂层生物相容性不佳、生物摩擦学性能较差等问题，专利技术人发现通过钽(ta)掺杂并控制掺杂量能够很好地提升dlc涂层相应性能，因而完成本专利技术。
2、在一个方面，本申请提供一种ta-dlc复合涂层材料，按原子百分数计，在ta-dlc复合涂层中包含元素ta 7-28at.％、c 72-93at.％。
3、在优选的实施方式中，采用非平衡磁控溅射技术，通过同时溅射石墨靶和ta靶在基底表面沉积ta-dl
4、在优选的实施方式中，按原子百分数计，在所述ta-dlc复合涂层中包含元素ta7-24at.％、c 76-93at.％，通过控制元素ta的掺杂量，使得制备获得的ta-dlc复合涂层材料具有更优的诱导接近人体骨组织的羟基磷灰石形成的能力。
5、在另一个方面，本申请提供所述ta-dlc复合涂层材料的制备方法，所述方法包括：
6、(1)清洗基底材料
7、先将基底材料在溶剂中进行超声清洗，再用干燥氮气吹干，将基底材料置于真空腔体里抽真空，然后，通入氩气，基底材料上施加脉冲偏压-400v，用氩等离子体轰击基底进行刻蚀清洗；
8、(2)ta过渡层沉积
9、通入氩气流量为20-35sccm，设置基底偏压和固定ta靶功率，沉积ta过渡层；
10、(3)ta-dlc复合涂层沉积
11、采用非平衡磁控溅射技术，通入氩气流量为20-35sccm，设置基底偏压、固定石墨靶功率和ta靶功率，沉积ta-dlc复合涂层。
12、在优选的实施方式中，步骤(1)中，所述溶剂为丙酮和乙醇，分别超声清洗20-30min，以清除基底表面的油脂污垢。
13、在优选的实施方式中，步骤(1)中，将基底材料置于真空腔体里抽真空，使真空度达到2×10-3pa。
14、在优选的实施方式中，步骤(1)中，氩等离子体轰击基底进行刻蚀清洗15-30min。
15、在优选的实施方式中，步骤(2)中，基底偏压为-60至-80v，固定ta靶功率为1kw。
16、在优选的实施方式中，步骤(2)中，沉积时间为360-900s，以提高膜基结合强度。
17、在优选的实施方式中，步骤(3)中，基底偏压为-60v。
18、在优选的实施方式中，步骤(3)中，固定石墨靶功率为4kw，ta靶功率为0.1-0.5kw。
19、在优选的实施方式中，步骤(3)中，沉积时间为5400s。
20、技术效果
21、在dlc涂层中掺杂适量的异质元素(如：ti、cr、ag、si等)是调控其性能的主要途径之一。钽(ta)作为一种耐腐蚀性极强的金属材料，因其极强的生物匹配性而应用于修复髋关节、修复受肿瘤损害后的骨骼、缝合夹、血管支架等。ta作为一种新型的金属掺杂元素被掺入dlc涂层中，它可以与碳原子形成tac，由于tac的高硬度、高耐磨性和良好的抗氧化性，适量ta掺入可以显著提高ta-dlc涂层的力学性能和摩擦学性能。而且，研究发现在dlc涂层制备过程中将金属掺杂元素作为过渡层也可以有效提高薄膜和基体的结合力，使薄膜的使用寿命显著提高。
22、本专利技术的ta-dlc复合涂层中ta元素主要以金属相存在，而ta金属具有极强生物匹配性，通过对ta的掺杂量进行控制，ta-dlc复合涂层在模拟体液中浸泡后表面生成大量的羟基磷灰石层，表现出优异的生物相容性；尤其是当在所述ta-dlc复合涂层中控制掺杂元素ta的量为7-24at.％时，涂层表面生成的羟基磷灰石层的ca/p在1.4～1.65之间，已十分接近人体骨组织的ca/p≈1.67，因此，本专利技术获得的ta-dlc复合具有良好的诱导羟基磷灰石形成能力，具有促进人成骨细胞增殖以及成骨的能力。此外，ta-dlc复合涂层中ta金属相具有较好的延展性，有利于提升复合涂层摩擦磨损性能。相比于未掺杂dlc涂层，ta-dlc复合涂层在模拟体液环境下表现出较优的摩擦学性能，扩大其在生物医疗器械领域的应用。
23、另一方面，本专利技术采用非平衡磁控溅射技术沉积获得ta-dlc复合涂层，如图1所示，本专利技术获得的ta-dlc复合涂层具有高致密性和良好的均匀性，涂层厚度可控制在1.2-2.5μm，相较于多弧电子镀等其它镀膜技术，能够获得更加致密、均匀的涂层。
24、综上，本专利技术通过采用非平衡磁控溅射技术，沉积获得ta掺杂的ta-dlc复合涂层，并对ta元素掺杂量进行控制，不仅能够改善涂层的力学性能和摩擦学性能，而且有助于改善其生物相容性，扩大其在生物医疗器械领域的应用。
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1.一种Ta-DLC复合涂层材料，按原子百分数计，在Ta-DLC复合涂层中包含元素Ta 7-28at.％、C 72-93at.％。
2.根据权利要求1所述的Ta-DLC复合涂层材料，其中，采用非平衡磁控溅射技术，通过同时溅射石墨靶和Ta靶在基底表面沉积Ta-DLC复合涂层。
3.根据权利要求1所述的Ta-DLC复合涂层材料，其中，按原子百分数计，在Ta-DLC复合涂层中包含元素Ta 7-24at.％、C 76-93at.％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的Ta-DLC复合涂层材料，其中，在基底表面和所述Ta-DLC复合涂层之间还包括Ta过渡层。
5.权利要求1-4中任一项所述的Ta-DLC复合涂层材料的制备方法，所述方法包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(1)中，将基底材料置于真空腔体里抽真空，使真空度达到2×10-3Pa。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(1)中，氩等离子体轰击基底进行刻蚀清洗15min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(2)中
9.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(3)中，基底偏压为-60V，固定石墨靶功率为4kW，Ta靶功率为0.1-0.5kW。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(3)中，沉积时间为5400s。
...【技术特征摘要】
1.一种ta-dlc复合涂层材料，按原子百分数计，在ta-dlc复合涂层中包含元素ta 7-28at.％、c 72-93at.％。
2.根据权利要求1所述的ta-dlc复合涂层材料，其中，采用非平衡磁控溅射技术，通过同时溅射石墨靶和ta靶在基底表面沉积ta-dlc复合涂层。
3.根据权利要求1所述的ta-dlc复合涂层材料，其中，按原子百分数计，在ta-dlc复合涂层中包含元素ta 7-24at.％、c 76-93at.％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的ta-dlc复合涂层材料，其中，在基底表面和所述ta-dlc复合涂层之间还包括ta过渡层。
5.权利要求1-4中任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王静静，李俊豪，李伟，李东昕，胡月，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：
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