医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al₂O₃薄膜的方法

专利名称：医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al₂O₃薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种镍钛合金表面微弧氧化制备A1203薄膜的方法。
背景技术：
镍钛(NiTi)合金因其具有形状记忆效应、超弹性等优异性能而广泛应用于 牙科、骨科和心血管科等医学各科临床。由于医用NiTi合金中Ni的含量高， Ni占合金原子百分比的50.5%~51.5%，研究表明医用镍钛合金植入人体后， 由于体液对植入体表面腐蚀造成Ni离子析出，由于Ni离子溶出，合金表面 被腐蚀产生疏松反应层，加剧了材料表面的磨损，而磨损产生的磨屑会严重 影响植入体的生物安全性。众所周知，镍是生物毒性元素，Ni离子有潜在的 致癌作用，因此NiTi合金在医用领域应用和发展受到了质疑。
Al203具有优良的耐磨性、耐腐蚀性能、良好的生物相容性和高强度，常 用于承重髋和膝关节置换体及牙科植入体。因此表面有A1203薄膜的医用镍钛 合金更为耐用、安全。由于医用NiTi合金中镍的原子百分比为50.5% 51.5%， 而Ni不是阀金属，所以目前的微弧氧化方法不能在医用NiTi合金表面微弧氧 化A1203薄膜。目前只能采用激光熔覆技术在医用NiTi合金制备A1203薄膜， 但是激光熔覆技术对NiTi合金基体有热影响，导致NiTi合金基体固有性能(如 形状记忆效应，力学性能等)降低和恶化，而且该技术属于线性技术，难以 在结构复杂的医用NiTi合金表面制备A1203薄膜。

发明内容
本发明的目的是为了解决目前的微弧氧化方法不能在医用NiTi合金表面 微弧氧化制备八1203薄膜及激光熔覆技术对合金基体有热影响导致NiTi合金 基体固有性能降低和恶化，而且难以在结构复杂的医用NiTi合金表面制备
Al203薄膜的缺陷，而提供的一种医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al203薄膜
的方法。
医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al203薄膜按以下歩骤处理 一、医用镍
钛合金表面预处理；二、将经过预处理的医用镍钛合金放入工作液中，以NiTi 合金为正极、不锈钢工作槽为负极，并在工作液温度为10 40°C、双向脉冲电 源、正脉冲电压为200~600V、负脉冲电压为0~300V、正负脉冲工作频率为 30~3000Hz的条件下处理5 90min;三、NiTi合金蒸馏水冲洗3 4次后干燥， 即得到表面有A1203薄膜的医用镍钛合金；其中步骤二中所述工作液是浓度为 4g~20g/L的铝酸钠溶液。
本发明在医用NiTi合金表面微弧氧化制备Al203薄膜，方法操作简单，
能耗低。经试验检测本发明表面有Al203薄膜的医用镍钛合金的固有性能(如
XX、 XX)保持未变，其耐磨性、耐腐蚀性、生物相容性及强度大幅提高，在 人体内使用更为安全。


图1是具体实施方式
十五制备出的表面有Al203薄膜的医用镍钛合金的表 面Ab03薄膜X射线衍射图。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式医用镍钛合金表面微弧氧化制备A1203薄膜 按以下步骤处理 一、医用镍钛合金表面预处理；二、将经过预处理的医用 镍钛合金放入工作液中，以NiTi合金为正极、不锈钢工作槽为负极，并在工 作液温度为10 40°C、双向脉冲电源、正脉冲电压为200 600V、负脉冲电压 为0~300V、正负脉冲工作频率为30~3000Hz的条件下处理5 90min;三、NiTi 合金蒸馏水冲洗3 4次后干燥，即得到表面有Ab03薄膜的医用镍钛合金；其 中步骤二中所述工作液是浓度为4g 20g/L的铝酸钠溶液。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤一中医
用镍钛合金表面预处理依次为去油、SiC砂纸打磨和超声清洗。其它步骤及参
数与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤三中
NiTi合金蒸馏水冲洗后自然干燥或在50 8(TC条件下烘干。其它步骤及参数与 实施方式一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二每升
工作液中还包括1 10g氢氧化钾、1 3g次亚磷酸钠、1 10g磷酸钠、1 5g硅
酸钠、1 3g六偏磷酸钠、1 2g硼酸、1 2g四硼酸钠、1 3g碳酸钠或1 3g碳 酸氢钠。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中工
作液温度为15 35°C。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中双
向脉冲电源、正脉冲电压为300 500V。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中负
脉冲电压为10 280V。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中负
脉冲电压为(K50V。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中
正负脉冲工作频率为60 1000Hz。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中在
恒压力条件下处理10 80min。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点是歩骤二中
所述工作液每升中含有15g铝酸钠和4g氢氧化钾。其它步骤及参数与实施方 式一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中 所述工作液每升中含有llg铝酸钠和8g磷酸钠。其它步骤及参数与实施方式 一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中 所述工作液每升中含有8g铝酸钠和3g六偏磷酸钠。其它步骤及参数与实施 方式一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤二中 所述工作液每升中含有15g铝酸钠和lg四硼酸钠。其它步骤及参数与实施方 式一相同。
具体实施方式
十五本实施方式医用镍钛合金表面微弧氧化制备A1203薄 膜按以下步骤处理 一、医用镍钛合金表面预处理依次为去油、SiC砂纸打磨 和超声清洗；二、将经过预处理的医用镍钛合金放入工作液中，以NiTi合金
为正极、不锈钢工作槽为负极，并在工作液温度为25 3(TC、双向脉冲电源、 正脉冲电压为400V、负脉冲电压为200V、正负脉冲工作频率为2000Hz、恒 压力的条件下处理30min;三、NiTi合金蒸馏水冲洗3~4次后自然干燥，即 得到表面有八1203薄膜的医用镍钛合金；其中步骤二中所述工作液每升中含有 10g铝酸钠和2g次亚磷酸钠。
本实施方式制备出的表面有Al203薄膜的医用镍钛合金其表面Ni离子含 量在3。/。以下。本实施方式制备出的表面有Al203薄膜的医用镍钛合金与GCr15 钢球对磨的摩擦系数为0.08，在0.9%NaCl的生理盐水中的腐蚀电流密度为 1.0x10"°，陶瓷层与基体的拉伸结合强度〉30MPa。本实施方式制备出的表面 有A1203薄膜的医用镍钛合金的表面A1203薄膜X射线衍射图如图1所示，其 中"□"峰为A1203， " X "峰为NiTi。
权利要求
1、医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al2O3薄膜的方法，其特征在于医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al2O3薄膜按以下步骤处理一、医用镍钛合金表面预处理；二、将经过预处理的医用镍钛合金放入工作液中，以NiTi合金为正极、不锈钢工作槽为负极，并在工作液温度为10～40℃、双向脉冲电源、正脉冲电压为200～600V、负脉冲电压为0～300V、正负脉冲工作频率为30～3000Hz的条件下处理5～90min；三、NiTi合金蒸馏水冲洗3～4次后干燥，即得到表面有Al2O3薄膜的医用镍钛合金；其中步骤二中所述工作液是浓度为4g～20g/L的铝酸钠溶液。
2、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备^203薄膜的 方法，其特征在于步骤一中医用镍钛合金表面预处理依次为去油、SiC砂纸打 磨和超声清洗。
3、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al203薄膜的 方法，其特征在于步骤三中NiTi合金蒸馏水冲洗后自然干燥或在50 8(TC条 件下烘干。
4、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备八1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二每升工作液中还包括1 10g氢氧化钾、1 3g次亚磷 酸钠、1 10g磷酸钠、1 5g硅酸钠、1 3g六偏磷酸钠、1 2g硼酸、1 2g四 硼酸钠、1 3g碳酸钠或l 3g碳酸氢钠。
5、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备八1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中工作液温度为15 35°C。
6、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备八1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中双向脉冲电源、正脉冲电压为300 500V。
7、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备八1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中负脉冲电压为10~280V。
8、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备八1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中负脉冲电压为0 50V。
9、 根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中正负脉冲工作频率为60 1000Hz。
10、根据权利要求1所述的医用镍钛合金表面微弧氧化制备A1203薄膜的 方法，其特征在于步骤二中在恒压力条件下处理10~80min。
全文摘要
医用镍钛合金表面微弧氧化制备Al₂O₃薄膜的方法，它涉及一种镍钛合金表面微弧氧化制备Al₂O₃薄膜的方法。它解决了目前的微弧氧化方法不能在医用NiTi合金表面微弧氧化制备Al₂O₃薄膜及激光熔覆等技术对合金基体有热影响导致NiTi合金基体固有性能降低和恶化，而且难以在结构复杂的医用NiTi合金表面制备Al₂O₃薄膜的缺陷。本方法为一、预处理；二、微弧氧化；三、冲洗、干燥。本发明在医用NiTi合金表面微弧氧化Al₂O₃薄膜，方法操作简单，能耗低。经试验检测本发明表面有Al₂O₃薄膜的医用镍钛合金的固有性能保持未变，其耐磨性、耐腐蚀性及生物相容性大幅提高，在人体内使用更为安全。
文档编号C25D9/06GK101187047SQ20071007279
公开日2008年5月28日 申请日期2007年9月12日 优先权日2007年9月12日
发明者于德珍, 福 刘, 徐吉林, 王福平, 辛铁柱 申请人:哈尔滨工业大学