一种基于组织超细化和电化学抛光的提高钛材生物医用性能的方法，包括以下步骤：首先，以市购钛材为原材料，对其进行等通道转角大应变加工（ECAP）制得组织超细化钛材；然后，将采用ECAP制得的组织超细化钛材，进行抛光、清洗及活化预处理；最后，将预处理后的钛材，在电解液中进行电化学抛光处理，即可使市购钛材具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。本发明专利技术很好地解决了钛材表面生物相容差的难题，并且工艺简单，在生物医用等领域具有广泛的应用前景。本发明专利技术方法对于纯钛和TiNi合金尤为适用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钛材表面改性方法，尤其是一种提高钛材生物医用性能的方法，具体地说是一种。
技术介绍
先进的生物医用金属材料及表面处理是国家中长期科学和技术发展的优先领域。目前临床应用的人工硬组织器件所用的材料主要是钛及钛合金，其具有良好的抗腐蚀性能和生物相容性，主要归因于其表面自然生长的一层T iO2薄膜。随着社会经济条件的快速发展，钛及钛合金的生物医用性能已经不能满足人们对健康水平日益提高的要求。近年来的大量研究证明，纳米尺度形貌能有效提高生物医用金属材料的生物活性。同时，电化学抛光又是生物医用金属材料如不锈钢等常用的表面处理方法。组织超细化的钛材，由于晶界等晶体缺陷显著增多，导致易被腐蚀点增多，因此可以通过电化学抛光获得更高密度的纳米尺度形貌，进而实现更好地提高其生物活性。尽管国内外许多研究机构和学者就高性能生物医用钛材的研究已经取得了很大进展并产生了一批相关专利，但到目前为止，尚未有一种可供使用，这在一定程度上阻碍了人工关节基干、骨创伤产品、种植牙等领域用材的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前生物医用钛材性能尚不够理想的问题，专利技术一种，从而为我国医用钛材的发展和更加广泛的应用提供支撑。本专利技术的技术方案是—种，其特征是它包括以下步骤首先，以市购钛材为原材料，对其进行等通道转角挤压(ECAP)大应变加工制得组织超细化钛材；然后，将采用ECAP制得的组织超细化钛材，进行抛光、清洗及活化预处理；最后，将预处理后的组织超细化钛材，在电解液中进行电化学抛光处理，即可使市购钛材具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。所述的钛材为纯钛或TiNi合金。所述的等通道转角挤压(ECAP)大应变加工是指将市购钛材在400 500°C下进行ECAP加工。在进行所述的抛光、清洗及活化预处理时，先将钛材表面依次用400#、800#、1000#金相砂纸打磨，待其表面氧化层全部去除且无明显划痕后再在抛光机上进行抛光，控制抛光后的表面粗糙度不大于RaO. 63微米；接着，将抛光后的钛材依次用丙酮超声清洗不少于20min后再用去离子水超声清洗不少于IOmin ;再将其放入浓度为15-20%的硫酸溶液中进行活化，活化时间为3 5min。所述电解液由2份浓硫酸(密度1. 84g/ml)、7份浓磷酸(1. 68g/ml)和1. 25份纯化水配制而成，电化学抛光处理的工艺参数为电解液的温度为8(T90°C，电解电压为10 12V的直流电，电解时间为I 3min，频率为750 - 850Hz。本专利技术的有益效果(I)采用本专利技术方法处理后的生物医用钛材具有高的抗腐蚀性。以实施例一为例，采用本专利技术方法处理的纯钛表面具有更多小尺寸(纳米尺度)蚀坑，更高的抗模拟体液电化学腐蚀性能，其在Kokubo人体模拟体液腐蚀电流密度为7. 56 X 10_6A/cm2，腐蚀速率为O. 06607mm/a ;再如，实施例二中，采用本专利技术方法处理后的TiNi合金在Kokubo人体模拟体液中的腐蚀电流密度为1. 4246 X l(T6Amp/cm2、腐蚀速率为O. 018643mm/a。 (2)本专利技术方法处理后的生物医用钛材具有高的微动摩擦磨损性。以实施例一为例，在载荷IN、时间IOmin的试验条件下，采用本专利技术方法处理后的纯钛表面具有较低的摩擦系数，其平均值仅约为O. 12，磨损宽度仅约为O. 50mm，具有很好的微动摩擦磨损性能。(3)本专利技术方法处理后的生物医用钛材具有高的生物活性。以实施例一为例，在Kokubo人体模拟体液中，采用本专利技术方法处理后的纯钛表面Ca-P层的生长速率为21. 03g/m2，Ca/P为1. 48 (接近于标准HA的Ca/P比1. 67);以实施例二为例，在Kokubo人体模拟体液中，采用本专利技术方法处理后的TiNi合金表面Ca-P层生长速率为58. 07g/m2, Ca/P为1. 53(接近于标准HA的Ca/P比1. 67)。(4)本专利技术方法基于组织超细化和电化学抛光两种手段，使得处理后钛材具有更多纳米尺度蚀坑，而纳米尺度蚀坑的作用在于贮存模拟体液，起到润滑作用，降低粘着磨损倾向。附图说明图1是利用本专利技术的方法处理所获得的TA2表面形貌SEM照片。图2是利用本专利技术的方法处理所获得的TA2摩擦系数曲线。图3是利用本专利技术的方法处理所获得TiNi合金电化学抛光表面在Kokubo人体模拟体液中浸泡21天后Ca - P层SEM形貌。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1、2、3所示。一种，包括以下步骤首先，以市购纯钛或TiNi合金为原材料，在400 500 °C下(最佳挤压温度为4500C )对其进行等通道转角挤压(ECAP)大应变加工制得组织超细化钛材。然后，将采用ECAP制得的组织超细化钛材，进行抛光、清洗及活化预处理；抛光、清洗及活化预处理时可先将钛材表面依次用400#、800#、1000#金相砂纸打磨，待其表面氧化层全部去除且无明显划痕后再在抛光机上进行抛光，控制抛光后的表面粗糙度不大于RaO. 6. 3微米；接着，将抛光后的钛材依次用丙酮超声清洗20min后再用去离子水超声清洗IOmin ;再将其放入浓度为17%的硫酸溶液中进行活化，活化时间为3 5min。最后，将预处理后的组织超细化钛材，在电解液中进行电化学抛光处理，即可使市购钛材具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。电解液可由2份浓硫酸(密度1. 84g/ml)、7份浓磷酸(1. 68g/ml)和1. 25份纯化水配制而成，电化学抛光处理时的工艺参数为电解液的温度为8(T90°C，电解电压为1(T12V的直流电，电解时间为I 3min，频率为750 - 850Hz。实施例一。以市购纯钛TA2为原材料，采用本专利技术方法处理后的生物医用纯钛TA2，电解时间为lmin，具有多的尺寸在纳米尺度的蚀坑(图1)，高的抗模拟体液电化学腐蚀性能，腐蚀 电流密度为7. 56 X 10_6A/cm2，腐蚀速率为0.06607mm/a ;低的摩擦系数(平均摩擦系数为O. 12，图2)、高的耐磨性;高的生物活性，Ca/P为1. 48(接近于标准HA的Ca/P比1. 67)，Ca-P层表现为典型的层状结构生长，Ca-P层生长速率为21. 03g/m2。实施例二。以市购TiNi合金为原材料，采用本专利技术方法处理后的生物医用TiNi合金，电解时间为3min，其具有更多尺寸在纳米尺度的蚀坑，在Kokubo人体模拟体液中具有很好的抗模拟体液电化学腐蚀性能和耐磨性能，其腐蚀电流密度为1.4246 X 10_6Amp/cm2，腐蚀速率为O. 018643mm/a ;低的摩擦系数(平均摩擦系数为O. 15)、高的耐磨性；极高的生物活性(图2)，Ca/P为1. 53 (接近于标准HA的Ca/P比1. 67)，Ca-P层表现为典型的层状结构生长，Ca-P层生长速率为58. 07g/m2。实施例三。以市购TiNi合金为原材料，采用本专利技术方法处理后的生物医用TiNi合金，电解时间为2min，其具有更多尺寸在纳米尺度的蚀坑，在Kokubo人体模拟体液中具有很好的抗模拟体液电化学腐蚀性能和耐磨性能，其腐蚀电流密度为1.4346 X 10_6Am本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于组织超细化和电化学抛光的提高钛材生物医用性能的方法，其特征是它包括以下步骤：首先，以市购钛材为原材料，对其进行等通道转角挤压（ECAP）大应变加工制得组织超细化钛材；然后，将采用ECAP制得的组织超细化钛材，进行抛光、清洗及活化预处理；最后，将预处理后的组织超细化钛材，在电解液中进行电化学抛光处理，即可使市购钛材具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。
【技术特征摘要】
1.一种基于组织超细化和电化学抛光的提高钛材生物医用性能的方法，其特征是它包括以下步骤首先，以市购钛材为原材料，对其进行等通道转角挤压(ECAP)大应变加工制得组织超细化钛材；然后，将采用ECAP制得的组织超细化钛材，进行抛光、清洗及活化预处理；最后，将预处理后的组织超细化钛材，在电解液中进行电化学抛光处理，即可使市购钛材具有高抗腐蚀性、高抗微动摩擦磨损性、高生物活性等优异生物医用性能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的钛材为纯钛或TiNi合金。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的等通道转角挤压(ECAP)大应变加工是指将市购钛材在400 500°C下进行ECAP加工。4.根据权利要求1所述的方法，其特征是在进行所述的抛光、...
【专利技术属性】
技术研发人员：许晓静，牛小丫，刘敏，盛新兰，张体峰，王宏宇，凌智勇，朱利华，王浩，蔡勇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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