本发明涉及一种钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,属于金属材料涂层制备技术领域。该方法包括:a、称取硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯,将上述组分溶入无水乙醇中;b、将上述混合溶液在室温下搅拌,然后陈化;c、依次用酒精、丙酮将钛合金片超声清洗;d、将清洗后的钛合金片浸入步骤b陈化后的溶液中,提拉得到涂层;e、将带有涂层的钛合金片干燥;f、对干燥之后的钛合金片重复步骤d-e的处理5次;g、将步骤f得到的带有涂层的钛合金片在800-950°C下烧结2小时,即得到表面带有透辉石涂层的钛合金片。本发明提供的制备方法比较简单,所制备得到的透辉石涂层具有降解速度低、生物活性优异等特点。
1.一种钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:a、配料:按摩尔比1:1:2称取硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯,将上述组分溶入无水乙醇中得到总摩尔浓度2.0mol/L的溶液;b、陈化:将步骤a得到的溶液在室温下搅拌1-2h,然后陈化48-72h;c、清洗:依次用酒精、丙酮将钛合金片超声清洗10min;d、提拉:将步骤c清洗后的钛合金片浸入步骤b陈化后的溶液中,提拉得到涂层;e、干燥:将步骤d得到的带有涂层的钛合金片在600°C干燥15分钟;f、重复提拉和干燥:对步骤e干燥之后的钛合金片重复步骤d-e的处理5次;g、烧结:将步骤f得到的带有涂层的钛合金片在800-950°C下烧结2小时,即得到表面带有透辉石涂层的钛合金片。
2.如权利要求1所述的钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,所述步骤b还包括向步骤a得到的溶液中加入氨水将pH值调节为7.0的处理。
3.如权利要求1或2所述的钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,所述步骤b的陈化时间为48h。
4.如权利要求1或2所述的钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,所述步骤g中的烧结温度为900°C。
5.如权利要求1或2所述的钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,所述步骤g得到的钛合金片表面透辉石涂层的厚度为40-60μm。
6.如权利要求1或2所述的钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,其特征在于,所述钛合金片的材质为Ti6Al4V合金。技术领域
本发明涉及一种钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法,属于金属材料涂层制备技术领域。
背景技术
用于替代及修补人体硬组织的人工骨、人工关节及人工齿根生物材料,尽管已研究多年,也有许多材料在临床上应用,但由于种种原因,迄今为止没有一种单一材料能完全令人满意。对于理想的涂层种植体、人工骨和人工关节需要解决两个关键问题:(1)涂层与基体之间的结合强度,高的结合强度可以防止在承载条件下,涂层和基体不会发生剥离;(2)涂层的生物活性和长期稳定性,理想的涂层要有优异的生物活性,从而在植入初期就能诱导磷灰石的沉积,同时涂层还必须有较低的降解速度来保证其长期稳定性。透辉石相对于传统磷灰石涂层,其热膨胀系数和钛合金更为接近,降解速度低,因此,在钛合金表面形成透辉石涂层将可以得到较理想的涂层种植体。
发明内容
为克服现有技术不足,本发明要解决的技术问题在于提供一种在钛合金表面制备透辉石涂层的方法,利用热膨胀系数和钛合金接近,降解速度低的透辉石代替磷灰石在钛合金表面形成得到生物活性良好的透辉石涂层。本发明一种钛合金表面溶胶凝胶透辉石涂层的方法包括以下步骤:a、配料:按摩尔比1:1:2称取硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯,将上述组分溶入无水乙醇中得到总摩尔浓度2.0mol/L的溶液;b、陈化:将步骤a得到的溶液在室温下搅拌1-2h,然后陈化48-72h;c、清洗:依次用酒精、丙酮将钛合金片超声清洗10min;d、提拉:将步骤c清洗后的钛合金片浸入步骤b陈化后的溶液中,提拉得到涂层;e、干燥:将步骤d得到的带有涂层的钛合金片在600°C干燥15分钟;f、重复提拉和干燥:对步骤e干燥之后的钛合金片重复步骤d-e的处理5次;g、烧结:将步骤f得到的带有涂层的钛合金片在800-950°C下烧结2小时,即得到表面带有透辉石涂层的钛合金片。所述步骤b还包括向步骤a得到的溶液中加入氨水将pH值调节为7.0的处理。所述步骤b的陈化时间为48h。所述步骤g的烧结温度为900°C。本发明方法所得到的钛合金片表面透辉石涂层的厚度为40-60μm。本发明方法所使用的钛合金片的材质优选Ti6Al4V合金。与现有技术相比本发明具有如下有益效果:本发明提供的制备方法简单,所制备得到的透辉石涂层的降解速度低、涂层的生物活性优异。
附图说明
图1为实施例1得到的透辉石涂层的扫描电镜照片。图2为实施例1得到的透辉石涂层的x射线衍射图谱。图3为实施例2得到的透辉石涂层的扫描电镜照片。图4为实施例3得到的透辉石涂层的扫描电镜照片。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解,现对本发明的技术方案进行以下详细说明,但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。实施例1将5.965g四水硝酸钙和6.475g的六水硝酸镁粉末与无水乙醇混合,搅拌使其完全溶解后,再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TEOS),加入适量的无水乙醇使其溶液的总量达到50ml,得到总摩尔浓度2.0mol/L的溶液;对上述溶液进行2小时的磁力搅拌,静置陈化48小时;将Ti6Al4V钛合金片依次用酒精、丙酮超声清洗10min,然后将钛合金片浸入陈化后的溶液中,提拉得到涂层;将钛合金片和涂层在600°C下干燥15min,然后重复提拉涂层和干燥的步骤5次,得到厚度为50μm的涂层;最后将带有涂层的钛合金片在900°C下烧结2小时,随炉冷却得到表面带有透辉石涂层的钛合金片,其扫描电镜照片如图1所示,x射线衍射图谱如图2所示。由图1可以看出涂层光滑致密,涂层具有溶胶凝胶涂层的典型特征-龟裂现象。图2中纵坐标为强度,横坐标为二倍角度,从图中可以看出,衍射峰全部对应于透辉石,无其它杂质相的存在,这说明在钛合金片的表面形成了透辉石涂层。实施例2将5.965g四水硝酸钙和6.475g的六水硝酸镁粉末与无水乙醇混合,搅拌使其完全溶解后,再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TEOS),加入适量的无水乙醇使其溶液的总量达到50ml,得到总摩尔浓度2.0mol/L的溶液;对上述溶液进行2小时的磁力搅拌,静置陈化72小时;将钛合金片依次用酒精、丙酮超声清洗10min,然后将钛合金片浸入陈化后的溶液中,提拉得到涂层;将钛合金片和涂层在600°C下干燥15min,然后重复提拉涂层和干燥的步骤5次,得到涂层;最后将带有涂层的钛合金片在900°C下烧结2小时,随炉冷却得到表面带有透辉石涂层的钛合金片,其扫描电镜照片如图3所示。从图3中可以看出,与图1(实例1)相比,实例2得到的涂层龟裂现象严重,过度的龟裂会导致透辉石涂层在使用过程中的过早失效。实施例3将5.965g四水硝酸钙和6.475g的六水硝酸镁粉末与无水乙醇混合,搅拌使其完全溶解后,再加入11.37ml的正硅酸乙酯(TEOS),加入适量的无水乙醇使其溶液的总量达到50ml,得到总摩尔浓度2.0mol/L的溶液;对上述溶液进行2小时的磁力搅拌,静置陈化72小时;将钛合金片依次用酒精、丙酮超声清洗10min,然后将钛合金片浸入陈化后的溶液中,提拉得到涂层;将钛合金片和涂层在600°C下干燥15min,然后重复提拉涂层和干燥的步骤5次,得到涂层;最后将带有涂层的钛合金片在800°C下烧结2小时,随炉冷却得到表面带有透辉石涂层的钛合金片,其扫描电镜照片如图4所示。从图4可以看出,涂层的龟裂现象比图1(实例1)要严重。Weichangxa0Xue等研究了等离子喷涂透辉石涂层的生物活性和生物相容性,透辉石涂层的热膨胀系数为8.4×10-6/°C和钛合金的非常接近,模拟体液浸泡实验证实透辉石涂层具有良好的生物活性。Chengtiexa0Wu等人在透辉石陶瓷、支架和多孔陶瓷的制备和生物性能方面进行了一系列的研究,结果证明透辉石具有较好的生物活性,与生物玻璃和硅灰石相比,透辉石具有更高的强度和稳定性以及较低的降解速度。综上可知,透辉石涂层具有较低的降解速度和良好的生物活性,采用溶胶凝胶法制备的透辉石涂层具有制备方法简单,所制备的透辉石涂层同样具有降解速度低、涂层的生物活性优异的特点。