金属处理制造技术

一种处理金属植入体的方法，所述植入体的一部分表面具有粗糙的金属表面光洁度，以便将可浸出形式的生物灭杀材料结合到所述表面中，所述方法包括：（a）使用不透水的盖封闭具有粗糙金属表面光洁度的那部分表面；（b）使用阳极氧化电解质接触金属物体，并向所述金属物体施加阳极氧化电压，从而通过在所述金属物体上形成完整的阳极氧化表面层来钝化所述金属；（c）然后移除所述不透水的盖；以及，在步骤（c）之前或在步骤（c）之后，（d）使用包含生物灭杀材料的溶液接触已被阳极氧化的金属物体，从而将所述生物灭杀材料结合到所述表面层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属处理
本专利技术涉及用于使金属物体具有生物灭杀性质的处理方法。特别是但不排他地,本专利技术涉及已被处理的金属物体，该物体在通过外科手术过程被植入时提供降低的感染风险。
技术介绍
通过外科手术，金属植入体可以被插入到身体组织中，软组织或硬组织两者均可。举例来说，在对骨进行癌症治疗的情形下，患癌症的骨组织被移除，而修补金属植入体被用来更换被移除的骨的那部分。植入体也被用于部分或全部替换关节（例如髋）中的骨并且也被使用在例如牙科和颌面外科的其它领域。用作前述的（和其它的）用途的植入体可以是钛金属或者钛合金。钛金属或钛合金是生物相容的，相对坚固的和相对轻的。它们可以被赋予抛光的光泽表面，或者通过使用钛粉末进行等离子喷涂的方式可以被赋予多孔的粗糙表面，这种多孔的粗糙表面潜在地在将骨结合到植入体上时是有益的。在金属植入体的表面，存在引入感染或者发生感染的风险。在WO2009/044203中描述了一种用于使这种感染风险被抑制的处理植入体的方法。这种方法涉及在通常高达100V的电压下阳极氧化植入体，使用这种方法是为了产生坚固的氧化物层，在氧化物层中存在包含离子吸收材料的凹坑，银离子随后被吸收到凹坑中。虽然这种方法提供好的结果，但是在将其应用到植入体方面存在多个问题，其中部分表面具有例如通过金属粉末的等离子喷涂、蒸气沉积、或通过纤维金属或烧结金属进行涂覆所产生的多孔粗糙的表面光洁度。一个问题是阳极氧化电流主要流过具有多孔粗糙表面光洁度的区域，导致局部热量的产生；对等离子喷涂层的附着力也存在有害的影响。
技术实现思路
因此，在第一方面，本专利技术提出了一种处理金属植入体的方法，该植入体的部分表面具有粗糙的金属表面光洁度，以便将可浸出形式的生物灭杀材料结合到该表面中，该方法包括：（a）使用不透水的盖封闭具有粗糙金属表面光洁度的那部分表面；（b）使用阳极氧化电解质接触所述金属物体，并向所述金属物体施加阳极氧化电压，从而通过在所述金属物体上形成完整的阳极氧化表面层来所述钝化金属；（c）然后移除不透水的盖；以及，在步骤（c）之前或在步骤（c）之后，（d）使用包含生物灭杀材料的溶液接触已被阳极氧化的金属物体从而将所述生物灭杀材料结合到所述表面层中。本专利技术适用于由金属，例如钛和钛合金，或者其它阀金属，例如铌、钽或锆或者它们的合金，形成的金属植入体，也适用于那些镀有或涂覆有这些金属或它们的合金的金属植入体。一种用于此目的的标准合金是含有6%的铝和4%的钒的90%的钛（英国标准7252）。通常，在执行步骤（c）和（d）之前，植入体经过以下步骤：（e）继续阳极氧化电压的施加以产生穿过在步骤（b）中形成的完整的表面层的凹坑；（f）然后通过接触电解质或溶液的电化学或化学还原，在表面层上产生水合金属氧化物或磷酸盐；以及（g）然后从步骤（f）中的电解质或溶液中移除或分离从步骤（f）中产生的已被阳极氧化的金属物体并对其进行冲洗。这些步骤确保阳极氧化表面上的令人满意的离子吸收能力。在凹坑形成步骤（e）期间施加的电压可以小于在钝化步骤（b）期间施加的最大电压。凹坑形成步骤可以使用与钝化过程中所使用的相同的电解质。在阳极氧化期间，步骤（b），所施加的最大电压决定钝化氧化膜的厚度。之后施加的更低的电压不会影响膜的厚度。最大电压可以高达2000V,但是更通常地是在30V至150V之间，例如100V。在钝化，步骤（b）期间的电压，可以施加为随时间线性地增加到最大极限值的电压，或者另外一种可选方式是，高达最大极限值的阶梯式电压。在凹坑形成，步骤（e）期间施加的电压可以具有更小的值。出人意料地，这具有提高凹坑形成的速度和程度双重作用。在步骤（e）期间施加的电压优选在15V至80V之间，例如25V、30V或75V。理想地，所述电压在20V至60V之间，例如25V或30V。当高电流通过时，在钝化步骤（b）期间，柔和的搅拌可以是所需的，以便最小化局部加热的影响。这对于在单一项上，以及在被同时进行处理的一组单元上改进工艺的一致性而言是有益的。优选地，在步骤（e）期间，当微观凹坑正被形成时，电解质相对于金属植入体的表面的运动或循环流动被抑制或阻止。电解质可以是酸或者碱。举例来说，电解质可以是浓度在0.01M与5.0M之间，典型地在0.1M与3.0M之间，更特别地为2.0M的磷酸，溶剂例如水。例如硫酸、磷酸盐溶液或乙酸等其它电解质可以被使用。优选地，酸性电解质的pH应该被维持在0.5＜pH＜2.0的范围内，更理想地在0.75＜pH＜1.75的范围内。如果使用碱性电解质，那么pH优选大于9且更典型地在10-14范围内。碱性电解质可以是例如Na3PO4的磷酸盐，或者可以是氢氧化钠，NaOH。金属植入体的几何表面积可以通过常规手段被确定。但是这样确定并没有考虑金属的微观表面特征或表面粗糙度，且微观表面积是在阳极氧化步骤期间确定和控制使多少电流通过的重要因素。举例来说，通过将金属和植入体浸入在电解质中，测量双层电容和将其与校准标准进行比较，微观表面积可以被确定。微观表面积与几何面积的比被称为表面粗糙度系数。抛光的表面通常具有小于2的表面粗糙度系数；相比较而言，被等离子喷涂钛变粗糙的表面可以具有差不多100的表面粗糙度系数，因此那部分表面将吸引大得多的电流。术语“粗糙金属表面光洁度”意味着那部分表面的表面粗糙度系数是至少5，通常至少20或40，并可以是高达200或者一直到500或者更高。不透水的盖被设计用以防止与在处理金属植入体方法中使用的溶液例如阳极氧化电解质相接触。通过在阳极氧化步骤期间防止具有粗糙的金属表面光洁度的表面部分受到电解质的影响，从而避免了可能会由非常大的电流所引起的问题。不透水的盖可以包括被涂布在粗糙表面上的材料，例如油漆、油脂或腊，或者热固化或紫外线固化树脂，所述材料随后可以被轻松地移除，例如通过热处理。另一种可选方式是，所述材料可以是比如聚酰亚胺、硅树脂、聚乙烯等的不透水材料的片、带或者套筒的形式，并被沿着其边缘密封到金属植入体的表面上。在另一实例中，不透水的盖可以被一个或者多个被布置用以封闭表面的粗糙部分且围绕其边缘被密封到金属植入体的表面上的刚性本体来提供。在一种改进的工序中，整个植入体最初经过阳极氧化直到低于40V的电压，更优选低于35V，例如28V。这一操作可以结合冷却电解质至低于10℃，更优选低于5℃，再优选低于2℃执行。植入体然后经过上文描述的工序，阳极氧化那些不被盖保护的部分至更高电压例如100V。在进一步的改良中，最初的较低电压阳极氧化是在低于5V的电压下，例如在0.5V至2.5V之间，针对整个植入体的表面或仅仅针对粗糙的部分进行的。虽然这样产生非常薄（在1伏时厚度仅为0.14nm）的氧化物层，但是它确保氧化物具有基本上一致的厚度。另外一种可选方式是，这种薄的氧化物层可以通过化学方法,使用化学氧化剂被形成。举例来说这可以包括浸入在硝酸中。在任一情况下，形成这种薄的氧化物层以后，植入体然后经上文所描述的工序，阳极氧化那些不被盖保护的部分至更高的电压例如100V。无论表面的粗糙部分是否已经经过任何阳极氧化，已被发现的是：由等离子喷涂钛粉末所形成的粗糙表面具有一些离子交换能力，足以吸收像银离子一样的生物灭杀材料。因此如果盖被移除，然后整个植入体被浸入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种处理金属植入体的方法，所述植入体的一部分表面具有粗糙的金属表面光洁度，以便将可浸出形式的生物灭杀材料结合到所述表面中，所述方法包括：（a）使用不透水的盖封闭具有粗糙金属表面光洁度的那部分表面；（b）使用阳极氧化电解质接触金属物体，并向所述金属物体施加阳极氧化电压，从而通过在所述金属物体上形成完整的阳极氧化表面层来钝化所述金属；（c）然后移除所述不透水的盖；以及，在步骤（c）之前或在步骤（c）之后，（d）使用包含生物灭杀材料的溶液接触已被阳极氧化的金属物体，从而将所述生物灭杀材料结合到所述表面层中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.11 GB 1009772.31.一种处理金属植入体的方法，所述植入体的一部分表面具有粗糙的金属表面光洁度，以便将可浸出形式的生物灭杀材料结合到所述表面中，所述方法包括：（a）使用不透水的盖封闭具有粗糙金属表面光洁度的那部分表面；（b）使用阳极氧化电解质接触金属物体，并向所述金属物体施加阳极氧化电压，从而通过在所述金属物体上形成完整的阳极氧化表面层来钝化所述金属，其中施加的最大电压在30V至150V之间；（c）继续阳极氧化电压的施加以产生穿过在步骤（b）中形成的完整的表面层的凹坑；（d）然后通过接触电解质或溶液的电化学或化学还原，在所述表面层上产生水合金属氧化物或磷酸盐；（e）然后从步骤（d）中的电解质或溶液中移除或分离从步骤（d）中产生的已被阳极氧化的金属物体；（f）然后移除所述不透水的盖；以及，在步骤（f）之前或在步骤（f）之后，（g）使用包含生物灭杀材料的溶液接触已被阳极氧化的金属物体，从而将所述生物灭杀材料结合到所述表面层中，其中，-在步骤（a）中的应用不透水的盖之前，所述植入体的表面最初先进行阳极氧化直到28V或以下的电压；或者-在步骤（f）之后但在步骤（g）之前，所述植入体进行阳极氧化直到28V或以下的电压从而钝化具有粗糙的金属表面光洁度的那部分表面。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT肖克罗斯，AD特纳，DR路易斯，
申请(专利权)人：阿山特斯医疗有限公司，
类型：
国别省市：