专利名称：医用钛合金复合氧化工艺的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种医用钛合金表面处理的复合氧化工艺；属于医用钛合金表面处理 生产技术领域。
背景技术：
钛合金主要是作为承受载荷的硬组织替代材料，他们长期与机体的体液接触，并 承受周期性机械载荷作用，容易出现金属腐蚀，磨损等问题。Komotori等发现钛合金在体液 中的磨损和腐蚀是同时发生的，随着划痕速率的增加，腐蚀电流也随之增加，诱发腐蚀。钛 合金人工关节在经过100万次人步行载荷后将产生3. Smg的磨屑，这些磨屑与组织接触会 产生感染，引起组织坏死而导致植入物失败。由于某些物理性能的不足，限制了钛合金在一 些涉及带有滑动、旋转功能的医疗器械方面的推广应用。鉴于上述问题，目前国内外正在积 极研究开发各种表面处理方法，以求在提高钛合金耐蚀性的同时并改善其耐磨性能。当前用于提高医用钛合金表面耐蚀性和耐磨性的处理方法主要有1)热扩散法通过高温扩散作用于钛合金表面形成一层数微米至数十微米的高硬 度和耐蚀性较好的金属碳化物，氮化物和硼化物。虽各有优点，但成本较高，特别是钛合金 在高温下易氧化，因而必须在真空或氩气的保护炉中进行，而且还会引起材料内部结晶生 长，晶粒粗大，使零部件变形，进而导致力学性能下降。2)表面镀膜法主要采用镀Cr、Ni_P的表面处理方法，一般以物品的表面装饰性 效果为目的，要求镀层在1微米左右即可。如果通过增加其厚度来提高钛合金的耐磨性能， 则会严重影响到钛合金本身的生物相容性和耐蚀性能。3)电化学方法通过化学方法在钛合金表明形成一层氧化膜，耐蚀性能虽得到提 高，但氧化层与钛合金基体材料的结合力较差。
发明内容
本发明的目的在于针对上述各种方法的不足，推出一种生产工艺简单、成本低，能 够提高医用钛合金表面耐蚀性和耐磨性能的复合阳极氧化工艺。它主要包括a、配制活化液和电解液；b、控制阳极氧化过程中的电压值和电流密 度；C、控制氮气和氧气气氛中的比例，以及热氧化的温度和氧化时间。其特点是1)构成活化液的化学成分及摩尔比NH4HF2 HNO3 H2O2= 1:2: 2，活化时 间为1 2min.2)构成电解液的化学成分及浓度是=NH4H2PO4 40 60g/L ；CH3COONH4 20 30g/ L ；H2O2 20 30mL/L ；葡萄糖酸钠2 4g/L ；表面活性剂:2g/L ；pH 6. 8。3)电压值控制在30 90V，电流密度控制在0. 5 lA/dm2。4)电解液的温度控制在20 25°C。5)阴阳极表面积比控制在5 1 10 1。6)氮氧气氛中氮气和氧气的比例控制在6 1 8 1。
7)热氧化温度控制在650 700°C，热氧化时间为IOh。在阳极氧化过程中，初始电压为零电压，采取恒流升压的方式将电压升至最终电 压 90V。本发明与已有技术相比，具有以下方面的优点1)、工艺简单，设备投资小，成本低。2)、采用阳极氧化法获得表面均勻，致密、色泽度好且耐蚀性能好的氧化层。3)阳极氧化与热氧化相结合的工艺使得钛合金表明氧化层的耐磨性得到了很大 的提高。
图1为本发明方法制备的钛合金表面氧化层经700°C热氧化表面形貌扫描电镜 (SEM)图。通过SEM观察得出，医用Ti-6A1-4V合金表面生成了一层致密、光滑平整的氧化 膜，该膜在一定程度上提高了基体的电绝缘性和硬度。图2为本发明方法制备的钛合金表面氧化层经500°C、600°C、70(rC热氧化的X射 线衍射(XRD)图。XRD分析也进一步表明，Ti-6A1-4V合金的阳极氧化膜为非晶态的氧化钛， 且经过后期的热氧化工艺处理不仅可以改善膜层致密度，还可将氧化钛转变为更稳定的金 红石型结构。图3本发明方法制备的钛合金表面氧化层经500°C、600°C、70(rC热氧化的腐蚀电 位比较图。阳极氧化和复合氧化工艺处理后Ti-6A1-4V合金的腐蚀电位相比于基体都发生 了正移，而前者正移的幅度更大。随后发生偏移，当温度达到700°C时，表面TiO2氧化层结 构发生了相变，呈现以金红石结构为主，TiO2金红石结构的涂层具有较好的耐蚀性能。
具体实施例方式现将本发明的实施例具体叙述于后。实施例1本实施例是将医用钛合金(Ti-6A1_4V)作为基底材料。首先将退火态的Ti-6A1_4V合金先经过机械抛光再用金相水砂纸(500#、1000#、 2000#)依次打磨光滑，用蒸馏水洗净，再在丙酮中超声清洗lOmin，然后在除油液中进行化 学除油lOmin，用蒸馏水冲洗并吹干，再放入一定摩尔比为NH4HF2 HNO3 H2O2 (1 2 2) 的酸性溶液中活化lmin，最后再将钛合金试样放入到25°C恒温下溶液组成为NH4H2PO4 60g/L ；CH3COONH4 :20g/L ；H2O2 :20mL/L ；葡萄糖酸钠2g/L ；表面活性剂十二烷基苯磺酸钠 2g/L;pH:6. 8的电解液中作为工作电极，以不锈钢为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极 构成三电极体系，阴阳极面积控制在5 1，并在90V的电压下以ΙΑ/dm2电流密度进行阳极 氧化。待电流密度小于0. ΙΑ/dm2时氧化完成。再经水洗擦拭烘干后放入到氮氧体积比例为 6 1的气氛中700°C下热氧化，IOh后自然冷却。再经水洗、擦洗、烘干、组装包装成品。实施例2本实施例是将医用钛合金骨钉作为基底材料。首先将医用钛合金骨钉先经过喷砂处理光亮，用蒸馏水洗净，再在丙酮中超声清 洗lOmin，然后在除油液中进行化学除油lOmin，用蒸馏水冲洗并吹干，再放入一定摩尔比为NH4HF2 HNO3 H2O2(1 2 2)的酸性溶液中活化lmin，最后再将钛合金试样放入到 25°C恒温下溶液组成为 NH4H2PO4 :50g/L ；CH3COONH4 :25g/L ；H2O2 :20mL/L ；葡萄糖酸钠2g/ L ；表面活性剂十二烷基苯磺酸钠2g/L ；pH 6. 8的电解液中作为工作电极，以不锈钢为辅 助电极，饱和甘汞电极为参比电极构成三电极体系，阴阳极面积控制在5 1，并在90V的电 压下以ΙΑ/dm2电流密度进行阳极氧化。待电流密度小于0. ΙΑ/dm2时氧化完成。再经水洗 擦拭烘干后放入到氮氧体积比例为7 1的气氛中700°C下热氧化，IOh后自然冷却。再经 水洗、擦洗、烘干、组装包装成品。实施例3本实施例是将医用钛合金骨板作为基底材料。首先将医用钛合金骨板先经过喷砂处理光亮，用蒸馏水洗净，再在丙酮中超声清 洗lOmin，然后在除油液中进行化学除油lOmin，用蒸馏水冲洗并吹干，再放入一定摩尔比 为NH4HF2 HNO3 H2O2(1 2 2)的酸性溶液中活化lmin，最后再将钛合金试样放入到 25°C恒温下溶液组成为 NH4H2PO4 :50g/L ；CH3COONH4 :25g/L ；H2O2 :20mL/L ；葡萄糖酸钠2g/ L ；表面活性剂十二烷基苯磺酸钠2g/L ；pH 6. 8的电解液中作为工作电极，以不锈钢为辅 助电极，饱和甘汞电极为参比电极构成三电极体系，阴阳极面积控制在5 1，并在90V的电 压下以ΙΑ/dm2电流密度进行阳极氧化。待电流密度小于0. ΙΑ/dm2时氧化完成。再经水洗 擦拭烘干后放入到氮氧体积比例为6 1的气氛中700°C下热氧化，IOh后自然冷却。再经 水洗、擦洗、烘干、组装包装成品。
权利要求
一种医用钛合金复合氧化工艺，其工艺包括第一、配制活化液和电解液；第二、控制阳极氧化过程中的电压值和电流密度；第三、控制氮气和氧气气氛中的体积比例，以及热氧化的温度和氧化时间，其特征在于1)构成活化液的化学成分及摩尔比NH4HF2∶HNO3∶H2O2＝1∶2∶2，活化时间为1～2min；2)构成电解液的化学成分及浓度是NH4H2PO4 40～60g/LCH3COONH420～30g/LH2O2 20～30mL/L葡萄糖酸钠 2～4g/L表面活性剂 2g/LpH 6.83)电压值控制在30～90V，电流密度控制在0.5～1A/dm2；4)电解液的温度控制在20～25℃；5)阴阳极表面积比控制在5∶1～10∶1；6)氮氧气氛中氮气和氧气的体积比例控制在6∶1～8∶1；7)热氧化温度控制在650～700℃，热氧化时间为10h。
2.根据权利要求1中所述的医用钛合金复合氧化工艺，其特征在于阳极氧化处理的 初始电压为零电压，然后逐步升高至90V。全文摘要
本发明涉及一种医用钛合金表面复合氧化工艺，属于金属表面的化学处理技术领域。目的在于提高医用钛合金表面氧化层的耐蚀性和耐磨性。该方法包括两个关键的过程一是钛合金表面阳极氧化工艺，二是钛合金表面热氧化工艺。钛合金经表面抛光、碱洗和活化后，用磷酸铵，醋酸铵和过氧化氢混合液为电解液进行阳极氧化，烘干后在一定比例的氮气和氧气的气氛中进行热氧化，温度控制在500～700℃。本发明提供的方法简单，易于实施，对钛合金材料的力学性能不会带来破坏，也不会给环境带来污染，适用大批量生产，大大降低成本。
文档编号C25D11/26GK101942688SQ201010290909
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者吕经康, 彭根生, 成旦红, 曹铁华, 杨玉洁 申请人:上海大学