專利名稱：一種鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，屬于金屬材料涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
用于替代及修補(bǔ)人體硬組織的人工骨、人工關(guān)節(jié)及人工齒根生物材料，盡管已研究多年，也有許多材料在臨床上應(yīng)用，但由于種種原因，迄今為止沒有一種單一材料能完全令人滿意。對(duì)于理想的涂層種植體、人工骨和人工關(guān)節(jié)需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題:(1)涂層與基體之間的結(jié)合強(qiáng)度，高的結(jié)合強(qiáng)度可以防止在承載條件下，涂層和基體不會(huì)發(fā)生剝離；涂層的生物活性和長期穩(wěn)定性，理想的涂層要有優(yōu)異的生物活性，從而在植入初期就能誘導(dǎo)磷灰石的沉積，同時(shí)涂層還必須有較低的降解速度來保證其長期穩(wěn)定性。透輝石相對(duì)于傳統(tǒng)磷灰石涂層，其熱膨脹系數(shù)和鈦合金更為接近，降解速度低，因此，在鈦合金表面形成透輝石涂層將可以得到較理想的涂層種植體。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種在鈦合金表面制備透輝石涂層的方法，利用熱膨脹系數(shù)和鈦合金接近，降解速度低的透輝石代替磷灰石在鈦合金表面形成得到生物活性良好的透輝石涂層。本發(fā)明一種鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法包括以下步驟:
a、配料:按摩爾比1:1:2稱取硝酸鈣、硝酸鎂、正硅酸乙酯，將上述組分溶入無水乙醇中得到總摩爾濃度2.0mol/L的溶液；
b、陳化:將步驟a得到的溶液在室溫下攪拌l_2h，然后陳化24-72h；
C、清洗:依次用酒精、丙酮將鈦合金片超聲清洗IOmin ；
d、提拉:將步驟c清洗后的鈦合金片浸入步驟b陳化后的溶液中，提拉得到涂層；
e、干燥:將步驟d得到的帶有涂層的鈦合金片在600°C干燥15分鐘；
f、重復(fù)提拉和干燥:對(duì)步驟e干燥之后的鈦合金片重復(fù)步驟d-e的處理5次；
g、燒結(jié):將步驟f得到的帶有涂層的鈦合金片在800-950°C下燒結(jié)2小時(shí)，即得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片。所述步驟b還包括向步驟a得到的溶液中加入氨水將pH值調(diào)節(jié)為7.0的處理。所述步驟b的陳化時(shí)間為48h。所述步驟g的燒結(jié)溫度為900°C。本發(fā)明方法所得到的鈦合金片表面透輝石涂層的厚度為40-60 μ m。本發(fā)明方法所使用的鈦合金片的材質(zhì)優(yōu)選Ti6A14V合金。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明提供的制備方法簡單，所制備得到的透輝石涂層的降解速度低、涂層的生物活性優(yōu)異。


圖1為實(shí)施例1得到的透輝石涂層的掃描電鏡照片。圖2為實(shí)施例1得到的透輝石涂層的X射線衍射圖譜。圖3為實(shí)施例2得到的透輝石涂層的掃描電鏡照片。圖4為實(shí)施例3得到的透輝石涂層的掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明的可實(shí)施范圍的限定。實(shí)施例1
將5.965g四水硝酸鈣和6.475g的六水硝酸鎂粉末與無水乙醇混合,攪拌使其完全溶解后，再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TE0S)，加入適量的無水乙醇使其溶液的總量達(dá)到50ml，得到總摩爾濃度2.0mol/L的溶液；對(duì)上述溶液進(jìn)行2小時(shí)的磁力攪拌，靜置陳化48小時(shí)JfTi6A14V鈦合金片依次用酒精、丙酮超聲清洗lOmin，然后將鈦合金片浸入陳化后的溶液中，提拉得到涂層；將鈦合金片和涂層在600°C下干燥15min，然后重復(fù)提拉涂層和干燥的步驟5次，得到厚度為50 μ m的涂層；最后將帶有涂層的鈦合金片在900°C下燒結(jié)2小時(shí)，隨爐冷卻得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片，其掃描電鏡照片如圖1所示，X射線衍射圖譜如圖2所示。

由圖1可以看出涂層光滑致密，涂層具有溶膠凝膠涂層的典型特征-龜裂現(xiàn)象。圖2中縱坐標(biāo)為強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為二倍角度，從圖中可以看出，衍射峰全部對(duì)應(yīng)于透輝石，無其它雜質(zhì)相的存在，這說明在鈦合金片的表面形成了透輝石涂層。實(shí)施例2
將5.965g四水硝酸鈣和6.475g的六水硝酸鎂粉末與無水乙醇混合,攪拌使其完全溶解后，再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TE0S)，加入適量的無水乙醇使其溶液的總量達(dá)到50ml，得到總摩爾濃度2.0mol/L的溶液；對(duì)上述溶液進(jìn)行2小時(shí)的磁力攪拌，靜置陳化72小時(shí)；將鈦合金片依次用酒精、丙酮超聲清洗lOmin，然后將鈦合金片浸入陳化后的溶液中，提拉得到涂層；將鈦合金片和涂層在600°C下干燥15min，然后重復(fù)提拉涂層和干燥的步驟5次，得到涂層；最后將帶有涂層的鈦合金片在900°C下燒結(jié)2小時(shí)，隨爐冷卻得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片，其掃描電鏡照片如圖3所示。從圖3中可以看出，與圖1(實(shí)例I)相比，實(shí)例2得到的涂層龜裂現(xiàn)象嚴(yán)重，過度的龜裂會(huì)導(dǎo)致透輝石涂層在使用過程中的過早失效。實(shí)施例3
將5.965g四水硝酸鈣和6.475g的六水硝酸鎂粉末與無水乙醇混合,攪拌使其完全溶解后，再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TE0S)，加入適量的無水乙醇使其溶液的總量達(dá)到50ml，得到總摩爾濃度2.0mol/L的溶液；對(duì)上述溶液進(jìn)行2小時(shí)的磁力攪拌，靜置陳化72小時(shí)；將鈦合金片依次用酒精、丙酮超聲清洗lOmin，然后將鈦合金片浸入陳化后的溶液中，提拉得到涂層；將鈦合金片和涂層在600°C下干燥15min，然后重復(fù)提拉涂層和干燥的步驟5次，得到涂層；最后將帶有涂層的鈦合金片在80(TC下燒結(jié)2小時(shí)，隨爐冷卻得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片，其掃描電鏡照片如圖4所示。從圖4可以看出，涂層的龜裂現(xiàn)象比圖1 (實(shí)例I)要嚴(yán)重。Weichang Xue等研究了等離子噴涂透輝石涂層的生物活性和生物相容性，透輝石涂層的熱膨脹系數(shù)為8.4X 10-6/°C和鈦合金的非常接近，模擬體液浸泡實(shí)驗(yàn)證實(shí)透輝石涂層具有良好的生物活性。Chengtie Wu等人在透輝石陶瓷、支架和多孔陶瓷的制備和生物性能方面進(jìn)行了一系列的研究，結(jié)果證明透輝石具有較好的生物活性，與生物玻璃和硅灰石相比，透輝石具有更高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及較低的降解速度。綜上可知，透輝石涂層具有較低的降解速度和良好的生物活性，采用溶膠凝膠法制備的透輝石涂層具有制備方法簡單，所制備的 透輝石涂層同樣具有降 解速度低、涂層的生物活性優(yōu)異的特點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: a、配料:按摩爾比1:1:2稱取硝酸鈣、硝酸鎂、正硅酸乙酯，將上述組分溶入無水乙醇中得到總摩爾濃度2.0mol/L的溶液； b、陳化:將步驟a得到的溶液在室溫下攪拌l_2h，然后陳化24-72h； C、清洗:依次用酒精、丙酮將鈦合金片超聲清洗IOmin ； d、提拉:將步驟c清洗后的鈦合金片浸入步驟b陳化后的溶液中，提拉得到涂層； e、干燥:將步驟d得到的帶有涂層的鈦合金片在600°C干燥15分鐘； f、重復(fù)提拉和干燥:對(duì)步驟e干燥之后的鈦合金片重復(fù)步驟d-e的處理5次； g、燒結(jié):將步驟f得到的帶有涂層的鈦合金片在800-950°C下燒結(jié)2小時(shí)，即得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片。
2.如權(quán)利要求1所述的鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，所述步驟b還包括向步驟a得到的溶液中加入氨水將pH值調(diào)節(jié)為7.0的處理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，所述步驟b的陳化時(shí)間為48h。
4.如權(quán)利要求1或2所述的鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，所述步驟g中的燒結(jié)溫度為900°C。
5.如權(quán)利要求1或2所述的鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，所述步驟g得到的鈦合金片表面 透輝石涂層的厚度為40-60 μ m。
6.如權(quán)利要求1或2所述的鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，其特征在于，所述鈦合金片的材質(zhì)為Ti6A14V合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈦合金表面溶膠凝膠透輝石涂層的方法，屬于金屬材料涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括a、稱取硝酸鈣、硝酸鎂、正硅酸乙酯，將上述組分溶入無水乙醇中；b、將上述混合溶液在室溫下攪拌，然后陳化；c、依次用酒精、丙酮將鈦合金片超聲清洗；d、將清洗后的鈦合金片浸入步驟b陳化后的溶液中，提拉得到涂層；e、將帶有涂層的鈦合金片干燥；f、對(duì)干燥之后的鈦合金片重復(fù)步驟d-e的處理5次；g、將步驟f得到的帶有涂層的鈦合金片在800-950℃下燒結(jié)2小時(shí)，即得到表面帶有透輝石涂層的鈦合金片。本發(fā)明提供的制備方法比較簡單，所制備得到的透輝石涂層具有降解速度低、生物活性優(yōu)異等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61L27/30GK103170010SQ20131012899
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者包全合, 劉立紅, 敬和民, 張凡軍 申請(qǐng)人:安徽工業(yè)大學(xué)