一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法及电解液

摘要

本申请提供一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法及电解液，使钛合金表面具有含硒的生物涂层，增加成骨性及抗氧化性，并且生物活性元素的附着性高；主要为：对钛合金采用热电化学氧化在钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层，其中，热电化学氧化的电解液包括：Na2SeO3、甘油、KOH、Na3PO4、Na2SiO3、H2O2和去离子水，热电化学氧化的电源为直流脉冲电源，所述直流脉冲电源的电压为300V‑500V、频率为40Hz‑60Hz、电流密度为0.08A/dm2‑0.6A/dm2、占空比为20％‑40％。

说明书

技术领域

本发明涉及热电化学氧化技术领域，具体的，本发明涉及一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法及电解液。

背景技术

近年来医学领域中钛及钛合金由于耐蚀性、比强度高等性能，因此钛合金作为植入体广泛应用。

但是，钛合金仍然有局限性，即缺乏良好的生物活性。

有鉴于此，本发明提供一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法及电解液，使钛合金表面具有含硒的生物涂层，增加成骨性及抗氧化性，并且生物活性元素的附着性高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法及电解液，使钛合金表面具有含硒的生物涂层，增加成骨性及抗氧化性，并且生物活性元素的附着性高。

本申请采用热电化学氧化在钛合金表面添加涂层，第一方面，本申请的热电化学氧化的电解液配方，使钛合金表面具有含硒的生物涂层，亚硒酸钠是一种含硒化合物，硒有着抗氧化和防止糖尿病的作用，对肝脏的解毒排毒也有着促进的作用，并且，该涂层中加入了一些生物活性元素，例如具有促进成骨功能的P等生物活性元素，可以附着在多孔结构髋关节的表面。第二方面，本申请的钛合金选用低模量β钛合金，低模量β钛合金的成骨活性好。第三方面，热电化学氧化相比于传统的物理方法或者化学气相沉积，更有助于在钛合金表面形成稳定的多孔结构，使得电解液中的有益元素的附着性提高。本申请人在此基础上完成本申请。

一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法，对钛合金采用热电化学氧化在钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层，其中，热电化学氧化的电解液包括：Na

在一些实施方式中，所述电解液的各成分，Na

进一步优选的，所述电解液的各成分，Na

在一些实施方式中，钛合金为低模量β钛合金，低模量β钛合金的成骨活性好。

进一步的，低模量钛合金包括：Ti-35Nb-7Zr-5Ta、Ti-51Zr-18Nb、Ti-13Mo-7Zr-3Fe、Ti-6Al-2Nb-2Ta-1Mo、Ti-30Zr-Mo、Ti-20Nb-13Ta-5Zr中的一种或多种。

进一步的优选的，低模量钛合金为Ti-35Nb-7Zr-5Ta。

在一些实施方式中，热电化学氧化时，所述直流脉冲电源的电压为200V-350V、频率为45Hz-55Hz、电流密度为0.1A/dm

进一步的，热电化学氧化时，电解液的温度为：10℃-30℃，通过采用工业冷水机组作为电解液的循环水冷系统，控制温度，热电化学氧化的时间为100-140min。

进一步的，热电化学氧化时，电解液的温度为：18℃-22℃，钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层的厚度为20-70μm。

在一些实施方式中，钛合金在热电化学氧化前，先将钛合金表面用砂纸进行打磨，然后进行除油清洗。

进一步的，砂纸为200-600#的砂纸，除油清洗为：依次用75％乙醇、4％硝酸乙醇、95％乙醇溶液润洗表面，随后用去离子水进行超声洗涤10min，最后置于烘箱中烘干。

在一些实施方式中，钛合金进行热电化学氧化时是固定不动的、或者是匀速移动的；当钛合金进行热电化学氧化时是匀速移动的，其移动速度为：0.1m/min-5m/min，优选的，其移动速度为：0.5m/min-2m/min。

进一步的，进行热电化学氧化时，需要对电解液组分浓度进行控制，并且镀件时需要对电参数进行实时检测。

进一步的，电源脉冲的电流、频率、和占空比，通过电源显示屏进行实时检测。

进一步的，电解液的浓度，采用电导率仪器进行实时检测。

一种钛合金表面进行热电化学氧化的电解液，包括：Na

在一些实施方式中，所述电解液的各成分，Na

进一步优选的，所述电解液的各成分，Na

在一些实施方式中，热电化学氧化时，所述直流脉冲电源的电压为200V-350V、频率为45Hz-55Hz、电流密度为0.1A/dm

进一步的，热电化学氧化时，电解液的温度为：10℃-30℃，通过采用工业冷水机组作为电解液的循环水冷系统，控制温度，热电化学氧化的时间为100-140min。

进一步的，热电化学氧化时，电解液的温度为：18℃-22℃，钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层的厚度为20-70μm。

在一些实施方式中，钛合金在热电化学氧化前，先将钛合金表面用砂纸进行打磨，然后进行除油清洗。

进一步的，砂纸为200-600#的砂纸，除油清洗为：依次用75％乙醇、4％硝酸乙醇、95％乙醇溶液润洗表面，随后用去离子水进行超声洗涤10min，最后置于烘箱中烘干。

在一些实施方式中，钛合金进行热电化学氧化时是固定不动的、或者是匀速移动的；当钛合金进行热电化学氧化时是匀速移动的，其移动速度为：0.1m/min-5m/min，优选的，其移动速度为：0.5m/min-2m/min。

本申请采用热电化学氧化在钛合金表面添加涂层，1.热电化学氧化的电解液配方，使钛合金表面具有含硒的生物涂层，(1)亚硒酸钠是一种含硒化合物，硒有着抗氧化和防止糖尿病的作用，对肝脏的解毒排毒也有着促进的作用；(2)该涂层中加入了一些生物活性元素，例如具有促进成骨功能的P等生物活性元素，可以附着在多孔结构髋关节的表面。2.热电化学氧化相比于传统的物理方法或者化学气相沉积，更有助于在钛合金表面形成稳定的多孔结构，使得电解液中的有益元素的附着性提高。3.电解液的浓度范围也很重要，例如，亚硒酸钠是一种有毒物质，其浓度范围的设定需要综合考量功效以及安全性。4.对钛合金表面进行热电化学氧化时，需要对电解液组分浓度进行控制外，镀件时的电参数控制也很重要。

附图说明

结合以下附图一起阅读时，将会更加充分地描述本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1为本申请实施例1的钛合金表面涂层的SEM图。

图2为本申请实施例2的钛合金表面涂层的SEM图。

具体实施方式

描述以下实施例以辅助对本申请的理解，实施例不是也不应当以任何方式解释为限制本申请的保护范围。

实施例1：

一种钛合金表面进行热电化学氧化的方法，对钛合金采用热电化学氧化在钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层，其中，热电化学氧化的电解液包括：Na

所述电解液的各成分，Na

热电化学氧化时，电解液的温度为：20℃，通过采用工业冷水机组作为电解液的循环水冷系统，控制温度，热电化学氧化的时间为120min。钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层的厚度为50μm。

钛合金在热电化学氧化前，先将钛合金表面用砂纸进行打磨，然后进行除油清洗。砂纸为200-600#的砂纸，除油清洗为：依次用75％乙醇、4％硝酸乙醇、95％乙醇溶液润洗表面，随后用去离子水进行超声洗涤10min，最后置于烘箱中烘干。钛合金进行热电化学氧化时是固定不动的。镀件时需要对电参数进行实时检测，电源脉冲的电流、频率、和占空比，通过电源显示屏进行实时检测。电解液的浓度，采用电导率仪器进行实时检测。

将上述得到的表面具有含硒的生物涂层的钛合金试样，采用QuantaFEG 450场发射环境扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，对试样的涂层表面的形貌进行观察，得到图1的SEM图。从图1中可以看出，钛合金涂层表面的契合性较好，膜层较为均匀致密。

同时，将上述得到的表面具有含硒的生物涂层的钛合金试样，采用MHVS-1000显微维氏硬度计(莱州华煜众信试验仪器有限公司)，对试样的涂层的硬度进行检测(硬度检测需磨去表面疏松层后检测致密层的硬度)，得到表1的数据。从表1可以看出，试样涂层的硬度也很优异。

表1：钛合金涂层的硬度检测数据

实施例2：

一种钛合金表面进行热电化学氧化的电解液，包括：Na

所述电解液的各成分，Na

热电化学氧化时，电解液的温度为：22℃，通过采用工业冷水机组作为电解液的循环水冷系统，控制温度，热电化学氧化的时间为130min。钛合金表面原位生长具有含硒的生物涂层的厚度为60μm。

钛合金在热电化学氧化前，先将钛合金表面用砂纸进行打磨，然后进行除油清洗。砂纸为200-600#的砂纸，除油清洗为：依次用75％乙醇、4％硝酸乙醇、95％乙醇溶液润洗表面，随后用去离子水进行超声洗涤10min，最后置于烘箱中烘干。钛合金进行热电化学氧化时是匀速移动的，其移动速度为：

1.5m/min。

将上述得到的表面具有含硒的生物涂层的钛合金试样，采用QuantaFEG 450场发射环境扫描电子显微镜(荷兰飞利浦公司)，对试样的涂层表面的形貌进行观察，得到图2的SEM图。从图2中可以看出，钛合金涂层表面的契合性较好，膜层较为均匀致密。

同时，将上述得到的表面具有含硒的生物涂层的钛合金试样，采用MHVS-1000显微维氏硬度计(莱州华煜众信试验仪器有限公司)，对试样的涂层的硬度进行检测(硬度检测需磨去表面疏松层后检测致密层的硬度)，得到表2的数据。从表2可以看出，试样涂层的硬度也很优异。

表2：钛合金涂层的硬度检测数据

尽管本申请已公开了多个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式对本领域技术人员而言将是显而易见的，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。本申请公开的多个方面和实施方式仅用于举例说明，其并非旨在限制本申请，本申请的实际保护范围以权利要求为准。