一种医用NiTi植入体表面成骨改性处理装置的制作方法

本发明属于医用金属材料表面改性，尤其涉及一种医用niti植入体表面成骨改性处理装置。

背景技术：

1、镍钛（niti）形状记忆合金凭借良好的形状记忆效应、超弹性与力学相容性，已广泛应用于脊柱椎板、椎间融合器、骨缺损修复支架等骨科植入器械领域。近年来随着增材制造技术的发展，4d打印制备的多孔niti仿生骨植入体可通过调控孔隙结构匹配天然骨的力学性能与骨长入空间，成为骨科植入材料的研究热点。但niti合金本体表面生物活性不足，植入体内后骨整合周期较长，且ni离子的长期析出存在潜在生物安全风险，因此需通过表面改性处理提升其成骨活性与生物安全性，而专用的改性处理装备是实现该技术产业化的核心载体。

2、如（中国专利：公开号：cn224015796u）公开了一种新型复合涂层的制备装置，该装置通过夹持机构固定钛片基体，配合振动机构与升降机构完成微弧氧化处理，可在一定程度上提升致密金属基体的涂层均匀性。但该装置仅针对平面致密钛片设计，未针对多孔植入体的复杂孔隙结构进行传质优化，反应液难以进入孔隙深部，无法对孔隙内壁进行有效改性；且装置仅具备单一微弧氧化功能，无法完成钙磷沉积、固化载药等多工序处理，功能集成度较低。

3、如（中国专利：公开号：cn101063221a）公开了一种医用镍钛合金微弧氧化处理方法，通过微弧氧化工艺在niti表面生成氧化膜，可在一定程度上降低ni离子释放速率。但该方法仅能生成单一成分的氧化层，成骨诱导活性有限，无法构建兼具离子阻隔与成骨诱导的梯度复合涂层；且该方法未配套一体化的专用处理装置，实际生产中需在多台设备间转移工件完成后续工序，易造成涂层二次损伤，批次产品一致性难以保障。

4、综上，现有技术与装备仍存在以下待解决的技术问题：

5、多孔结构内部传质能力不足，改性均匀度与涂层结合力受限：现有改性装置多针对致密金属基体开发，对于具备连通孔隙的多孔niti植入体，反应液难以充分进入孔隙深部，孔隙内壁涂层覆盖率低、厚度偏差大；同时界面气泡与杂质无法有效排出，涂层与基体结合界面存在缺陷，受外力后易出现涂层脱落，难以适配骨科植入体的长期力学服役需求；

6、涂层功能结构单一，成骨诱导性能与离子阻隔效果有限：现有技术多仅能制备单一成分的涂层，无法实现从基体到表面的成分梯度过渡，界面成分突变易引发应力集中，导致涂层开裂；且单一氧化层存在微观微孔缺陷，无法形成连续的离子阻隔屏障，ni离子析出抑制效果有限，同时缺乏成骨活性因子的负载适配结构，成骨诱导性能有待提升；

7、处理工序分散，工件转移易造成涂层损伤与性能波动：现有niti植入体表面成骨改性需依次经过微弧氧化、钙磷沉积、水热固化、载药修饰等多道工序，对应多台独立设备，工件反复装夹转移易产生位置偏差与涂层磕碰损伤，各批次工艺参数波动较大，产品一致性难以保障；

8、装置功能集成度低，产业化批量生产适配性不足：现有处理装置多为单工序专用设备，功能单一，无法在单台设备内完成全流程改性处理，生产流程长、效率低；且缺乏过程参数的实时监测与闭环调控结构，长时间批量生产时反应液参数易发生漂移，批次间产品性能差异较大，难以适配4d打印定制化植入体的规模化量产需求。

9、因此需要一种医用niti植入体表面成骨改性处理装置来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种医用niti植入体表面成骨改性处理装置以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种医用niti植入体表面成骨改性处理装置，包括反应罐体、密封上盖、植入体夹持机构、超声发生组件、磁场发生组件、微弧氧化电极组件、循环供液组件、温控组件和主控单元；

4、所述密封上盖扣合于反应罐体顶部，所述植入体夹持机构转动安装于密封上盖中部并伸入反应罐体内腔；

5、所述超声发生组件布设于反应罐体内壁底部，所述磁场发生组件环绕设置于反应罐体外侧，所述微弧氧化电极组件固定于密封上盖下端；

6、所述循环供液组件和温控组件均与反应罐体连通，所述主控单元分别与各用电组件电连接。

7、构建了一体化处理装置的整体核心架构，将超声发生组件、磁场发生组件、微弧氧化电极组件、循环供液组件和温控组件集成于单一反应罐体，通过主控单元协同控制，可实现多工序的连续化处理，无需工件转移；结构布局紧凑，可适配多孔niti植入体的多阶段改性需求，为梯度成骨涂层的制备提供一体化的装备载体。

8、进一步的技术方案，所述植入体夹持机构包括旋转驱动件、转动主轴和多组弹性夹具；所述旋转驱动件固定于密封上盖顶部，所述转动主轴上端连接旋转驱动件输出端，下端延伸至反应罐体下部；多组所述弹性夹具沿转动主轴周向均匀分布。

9、多组周向分布的弹性夹具可同时装夹多个植入体工件，提升单次处理的批量产能；转动主轴带动工件匀速转动的设计，可使植入体各表面均匀接触反应液，改善涂层周向厚度均匀性，适配不同规格植入体的装夹与改性需求。

10、进一步的技术方案，所述转动主轴设置有绝缘联轴器，所述弹性夹具的夹持端设置为绝缘夹持端。

11、绝缘联轴器可阻断微弧氧化的电流传导路径，避免电流传递至旋转驱动件造成电器件损坏；绝缘夹持端可避免夹具部位产生尖端放电烧蚀，减少夹持区域的涂层缺陷，同时提升装置运行的安全性与使用寿命。

12、进一步的技术方案，所述超声发生组件包括多组超声振子，多组超声振子均匀布设于反应罐体内壁底部；所述磁场发生组件包括两组对称布置的电磁线圈，两组电磁线圈环绕设置于反应罐体外侧中部，磁场方向平行于转动主轴轴线。

13、底部均匀布设的超声振子可产生全域的空化效应，驱动反应液进入孔隙深部，改善多孔结构内部的传质效果；对称布置的电磁线圈可产生平行轴向的匀强磁场，引导带电离子定向移动，提升深孔区域的离子沉积效率，二者配合可提升多孔植入体内外的涂层均匀性。

14、进一步的技术方案，所述微弧氧化电极组件包括阴极板和阳极接线柱；所述阴极板固定于密封上盖下端并伸入反应罐体内腔，所述阳极接线柱集成于转动主轴上端并与弹性夹具导电连通。

15、阴极板与阳极接线柱配合形成完整的放电回路，阳极通过转动主轴与弹性夹具导通，可使装夹的植入体整体作为阳极参与反应，保证基体表面放电均匀，避免局部放电异常导致的涂层缺陷，为均匀氧化层的制备提供稳定的电场基础。

16、进一步的技术方案，所述循环供液组件包括储液罐、输液泵、多通阀和回液管；所述储液罐内分隔为多个独立储液腔，所述输液泵入口连接储液罐，出口通过多通阀连通反应罐体进液口；所述回液管连通反应罐体出液口和储液罐。

17、多腔独立的储液罐可分类存储不同工序的反应液，通过多通阀可自动切换液路，无需人工换液，提升处理效率与操作安全性；回液管可实现反应液的循环利用，降低生产过程的物料消耗，适配规模化生产的成本控制需求。

18、进一步的技术方案，所述反应罐体内腔设置有浓度传感器，所述浓度传感器输出端连接主控单元，所述储液罐设置有补液接口。

19、浓度传感器可实时检测反应液的离子浓度变化，主控单元根据检测结果通过补液接口自动补充浓缩母液，维持反应液浓度的稳定；可减少长时间批量处理过程中离子浓度下降导致的涂层性能波动，提升多批次产品的性能一致性。

20、进一步的技术方案，所述温控组件包括加热套、冷却盘管和温度传感器；所述加热套包裹于反应罐体外侧下部，所述冷却盘管盘绕于反应罐体内壁上部，所述温度传感器伸入反应罐体内腔；所述温度传感器输出端连接主控单元。

21、加热套与冷却盘管配合可实现宽范围的温度调控，既满足微弧氧化的常温反应要求，也可提供水热固化所需的高温环境；温度传感器配合主控单元形成闭环温控，可保证各工序温度波动处于较小范围，提升工艺运行的稳定性与涂层质量的可重复性。

22、进一步的技术方案，所述密封上盖下端设置有紫外消毒件，所述紫外消毒件与主控单元电连接。

23、可在载药修饰工序前对反应罐体内腔与工件表面进行消毒处理，减少微生物对成骨因子的降解作用，降低植入体携带微生物的风险；可提升载药过程的洁净度，保障成骨因子的活性，适配医用植入器械的无菌生产要求。

24、进一步的技术方案，所述主控单元设置有人机交互件和数据接口。

25、人机交互件可便捷调用预设的工艺配方，降低操作门槛与人为失误概率；数据接口可对接工厂生产管理系统，实现工艺数据的存储与追溯，适配数字化、智能化的生产管理需求，提升装置的产业化适配能力。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明，改善多孔结构内部传质效果，提升涂层均匀性与界面结合性能：通过超声发生组件产生的空化效应驱动反应液深入孔隙深部，配合植入体夹持机构带动工件匀速转动，可缩小孔隙内外表面的涂层厚度偏差；超声振动可同时排出界面气泡与杂质，减少涂层内部缺陷，优化氧化钛过渡层与基体的结合界面，改善多孔niti内部改性不均、涂层易脱落的现状；

28、本发明，构建梯度复合涂层结构，同步提升成骨活性与离子阻隔性能：通过磁场发生组件调控带电离子的沉积路径，配合微弧氧化电极组件的电化学作用，可生成成分梯度过渡的涂层结构，缓解界面应力；结合温控组件的原位水热固化作用，可使涂层晶化形成致密结构，填补氧化层的微孔缺陷，形成多层离子阻隔屏障，同时适配成骨因子负载需求，提升成骨诱导性能；

29、本发明，实现全工序一体化处理，减少工件转移导致的涂层损伤：单台装置集成微弧氧化、钙磷沉积、水热固化和载药修饰全工序对应的功能结构，通过循环供液组件自动切换反应液，无需工件反复装夹转移，避免了转移过程中的涂层磕碰与污染，降低了涂层损伤风险，同时提升了处理效率；

30、本发明，具备过程监测与闭环调控能力，提升产业化适配性：装置配置浓度传感器和温度传感器，可实时监测反应过程参数，配合主控单元实现参数闭环调控，减少批量生产时的性能波动；主控单元的人机交互件与数据接口可适配数字化生产管理，提升装置的通用化与规模化生产适配能力。

31、为了更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。