用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法与流程

1.本发明涉及医用材料技术领域，具体涉及一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法。


背景技术：

2.对于左心功能衰竭的患者，在药物治疗无效的情况下，通常需要设置左心辅助装置，其目的包括：1)等待供体，为心脏移植做准备；2)使心脏获得休息，恢复心脏功能。导管泵是目前国外常用的心室辅助装置，其包括猪尾管、血液流动入口、套管、血液流出口、轴流叶轮、马达、导管等部件，如图1所示。其中，马达包括轴承、转轴、定子、线圈绕组、转子，在转子表面流动的流体、外部壳体及内腔绝缘层。在具体工作过程中，马达驱动轴流叶轮旋转，将血液从左心室抽到主动脉，辅助病人血液循环。
3.转子通常由铁磁材料经一定工艺加工成需要的形状，在使用前，对由铁磁材料制成的转子进行充磁形成永磁体，在使用时，在线圈绕组中的电流会产生与永磁体的磁场相互作用的电磁场，从而产生使转子旋转的力。
4.为了避免血液进入马达内部形成血栓降低马达使用寿命，通常用生理盐水或葡萄糖溶液作为流体在外部压力下沿着转子表面与定子之间的缝隙向血液流出口移动，后进入到主动脉中。现有技术中，导管泵内的转子表面涂层一般采用镀镍或镀钛形成金属涂层，马达a
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a纵向剖视图如图2所示，但在实际应用中，在生理盐水或葡萄糖溶液流体浸蚀，以及转子高速旋转下，镀镍或镀钛涂层容易发生破裂，使转子永磁体表面暴露在流体中，致使转子永磁体腐蚀，降低导管泵使用寿命。


技术实现要素：

5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，在不影响转子效率的前提下，使其具有优异的耐腐蚀性，可以抵抗流体侵蚀，提高导管泵使用寿命。
7.(二)技术方案
8.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
9.一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，其中，转子材质可以为钐钴永磁体、铝镍钴永磁体、钕铁硼永磁体和铁氧体永磁体等材料，在本发明中优选的为钕铁硼永磁体。在涂层制备前，转子为无磁状态，涂层制备完成后对转子进行充磁，以待使用。耐腐蚀涂层为合金羟基磷灰石复合涂层，其具体制备方法包括以下步骤：
10.1)转子表面预处理，具体的为对转子表面自带的防护膜、杂质、锈蚀物、氧化层进行除防护油处理和除锈清洁处理；
11.2)将合金粉末通过激光辅助冷喷涂工艺涂覆在转子表面，形成金属合金涂层，合金涂层厚度控制在7
‑
12um，优选的为8um；采用激光辅助冷喷涂工艺，使合金粉末以极高的
速率沉积在转子表面，即使在未经过激光加热时，合金粒子在800m/s
‑
1100m/s的范围内也可以在转子表面产生有效结合，经激光瞬时加热后，与转子表面结合强度大更牢固。
12.3)以羟基磷灰石为靶材，在合金涂层表面运用ar气进行磁控溅射羟基磷灰石靶材，得到羟基磷灰石薄层，厚度控制在1
‑
3um，优选的为2um；羟基磷灰石具有良好的生物相容性，在合金涂层上通过磁控溅射技术引入羟基磷灰石涂层既能提高复合涂层的耐腐蚀性能，同时也考虑到导管泵是要插入到人体中使用，在转子涂层表面流过的流体最终是进入到主动脉中，以羟基磷灰石作为转子最外层涂层符合医用材料生物相容性的要求。另外，本发明中将羟基磷灰石溅射在合金涂层而不是直接溅射在转子表面，是为了避免在磁控溅射过程中对转子材质造成影响降低磁效率，并且羟基磷灰石涂层与合金涂层的表面结合力更好，不容易脱落。
13.4)将经过步骤3)处理过后的转子放入中温管式炉内进行热处理，工艺条件为在150
‑
220℃下保温2
‑
3h，冷却后即得到合金羟基磷灰石复合涂层，经过热处理后的复合涂层更加致密均匀，与转子表面的结合力更好，以及可以进一步提升涂层的耐腐蚀性能。
14.进一步的，合金粉末由15
‑
30重量份的金属粉末铁、10
‑
20重量份的金属粉末镍、6
‑
13重量份的金属钛、3
‑
8重量份的金属粉末铬、5
‑
10重量份的金属粉末锡、0.5
‑
2重量份的金属粉末钼、2
‑
6重量份的金属粉末钒、1
‑
4重量份的金属粉末镁和2
‑
6重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
15.进一步的，合金粉末由25重量份的金属粉末铁、15重量份的金属粉末镍、8重量份的金属钛、5重量份的金属粉末铬、7重量份的金属粉末锡、1重量份的金属粉末钼、3重量份的金属粉末钒、3重量份的金属粉末镁和4重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
16.进一步的，步骤2)中的激光辅助冷喷涂工艺具体步骤为：将合金粉末经高压气体通过喷嘴沉积在转子表面，同时基体表面使用激光进行辅助加热，喷嘴与激光器在沉积点保持一致，最终合金粉末沉积在转子表面形成合金涂层。
17.进一步的，高压气体压强为4
‑
5mpa，激光功率密度为6
‑
8*105w/cm2，波长为900
‑
1100nm。
18.进一步的，步骤3)中的磁控溅射技术的具体工艺参数为：真空度预设为1.2
‑
2*10
‑4mbar，溅射电流为120
‑
160ma，沉积速率为10
‑
20nm/min。
19.进一步的，步骤3)中的磁控溅射技术的具体工艺参数为：真空度预设为1.6*10
‑4mbar，溅射电流为150ma，沉积速率为15nm/min。
20.进一步的，本发明方法制备出的合金羟基磷灰石复合涂层厚度控制在8
‑
15um，优选的为10um。
21.本发明采用金属铁、镍、钛、铬、锡、钼、钒、镁、钙组成合金粉末使用激光辅助冷喷涂工艺在转子表面形成合金涂层。采用高压ar气雾化法制备的预合金粉末粒径小，活性高，在喷涂过程中，可以快速进入到熔融态，既提高了涂层成型效率，也使得涂层中的各组分更加均匀与基体的结合力更好。合金粉末中以铁元素为主要元素，其与钕铁硼含有相同的铁元素，在其他金属元素的配合下，更容易与基体形成冶金结合，进一步提升了与基体的结合强度，同时由于镍铬等元素的添加，使涂层的防腐蚀性能得到加强。
22.(三)有益效果
23.本发明提供了一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，以铁、镍、钛、铬、锡、钼、钒、镁、钙元素组成的合金粉末通过激光辅助冷喷涂工艺在转子表面形成合金涂层，通过磁控溅射技术将羟基磷灰石溅射到合金涂层表面形成外部涂层，既保证了医疗材料生物相容性的要求，同时也提高了复合涂层整体的耐腐蚀性，相比将羟基磷灰石直接溅射在转子表面，羟基磷灰石与合金涂层的界面结合效果更好，避免了羟基磷灰石涂层脱落，进一步提高了导管泵的使用寿命。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
25.图1现有技术中导管泵示意图；
26.图2现有技术中的马达a
‑
a纵向剖视图。
27.图中：1
‑
导管、2
‑
马达、3
‑
血液流出口、4
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套管、5
‑
血液流入口、6
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猪尾管、2.1
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马达壳体及内腔绝缘层、2.2
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线圈、2.3
‑
定子、2.4
‑
转子、2.5
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转轴、7
‑
涂层。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.实施例1：
30.一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，转子材质为钕铁硼永磁体，在涂层制备前，转子为无磁状态，涂层制备完成后对转子进行充磁，以待使用。耐腐蚀涂层为合金羟基磷灰石复合涂层，其具体制备方法包括以下步骤：
31.1)转子表面预处理，具体为对转子表面自带的防护膜、杂质、锈蚀物、氧化层进行除防护油处理和除锈清洁处理；
32.2)将合金粉末经高压气体通过喷嘴沉积在转子表面，同时基体表面使用激光进行辅助加热，喷嘴与激光器在沉积点保持一致，最终合金粉末沉积在转子表面形成合金涂层，合金涂层厚度控制在8um；其中，高压气体压强为5mpa，激光功率密度为7*105w/cm2，波长为1000nm；
33.3)以羟基磷灰石为靶材，在合金涂层表面运用ar气进行磁控溅射羟基磷灰石靶材，得到羟基磷灰石薄层，厚度控制在2um；具体工艺参数为：真空度预设为1.6*10
‑4mbar，溅射电流为150ma，沉积速率为15nm/min；
34.4)将经过步骤3)处理过后的转子放入中温管式炉内进行热处理，工艺条件为在200℃下保温3h，冷却后即得到合金羟基磷灰石复合涂层；
35.5)本发明方法制备出的合金羟基磷灰石复合涂层厚度控制在10um。
36.上述合金粉末由25重量份的金属粉末铁、15重量份的金属粉末镍、8重量份的金属钛、5重量份的金属粉末铬、7重量份的金属粉末锡、1重量份的金属粉末钼、3重量份的金属粉末钒、3重量份的金属粉末镁和4重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球
磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
37.实施例2：
38.一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，转子材质为钕铁硼永磁体，在涂层制备前，转子为无磁状态，涂层制备完成后对转子进行充磁，以待使用。耐腐蚀涂层为合金羟基磷灰石复合涂层，其具体制备方法包括以下步骤：
39.1)转子表面预处理，具体的为对转子表面自带的防护膜、杂质、锈蚀物、氧化层进行除防护油处理和除锈清洁处理；
40.2)将合金粉末经高压气体通过喷嘴沉积在转子表面，同时基体表面使用激光进行辅助加热，喷嘴与激光器在沉积点保持一致，最终合金粉末沉积在转子表面形成合金涂层，合金涂层厚度控制在7um；其中，高压气体压强为4mpa，激光功率密度为6*105w/cm2，波长为900nm；
41.3)以羟基磷灰石为靶材，在合金涂层表面运用ar气进行磁控溅射羟基磷灰石靶材，得到羟基磷灰石薄层，厚度控制在2um；具体工艺参数为：真空度预设为2*10
‑4mbar，溅射电流为130ma，沉积速率为18nm/min；
42.4)将经过步骤3)处理过后的转子放入中温管式炉内进行热处理，工艺条件为在180℃下保温3h，冷却后即得到合金羟基磷灰石复合涂层；
43.5)本发明方法制备出的合金羟基磷灰石复合涂层厚度控制在9um。
44.上述合金粉末由20重量份的金属粉末铁、13重量份的金属粉末镍、10重量份的金属钛、4重量份的金属粉末铬、6重量份的金属粉末锡、1.5重量份的金属粉末钼、4重量份的金属粉末钒、2重量份的金属粉末镁和5重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
45.实施例3：
46.一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，转子材质为钕铁硼永磁体，在涂层制备前，转子为无磁状态，涂层制备完成后对转子进行充磁，以待使用。耐腐蚀涂层为合金羟基磷灰石复合涂层，其具体制备方法包括以下步骤：
47.1)转子表面预处理，具体的为对转子表面自带的防护膜、杂质、锈蚀物、氧化层进行除防护油处理和除锈清洁处理；
48.2)将合金粉末经高压气体通过喷嘴沉积在转子表面，同时基体表面使用激光进行辅助加热，喷嘴与激光器在沉积点保持一致，最终合金粉末沉积在转子表面形成合金涂层，合金涂层厚度控制在9um；其中，高压气体压强为5mpa，激光功率密度为8*105w/cm2，波长为1100nm；
49.3)以羟基磷灰石为靶材，在合金涂层表面运用ar气进行磁控溅射羟基磷灰石靶材，得到羟基磷灰石薄层，厚度控制在1um；具体工艺参数为：真空度预设为1.2*10
‑4mbar，溅射电流为140ma，沉积速率为10nm/min；
50.4)将经过步骤3)处理过后的转子放入中温管式炉内进行热处理，工艺条件为在150℃下保温3h，冷却后即得到合金羟基磷灰石复合涂层，经过热处理后的复合涂层更加致密均匀，与转子表面的结合力更好，以及可以进一步提升涂层的耐腐蚀性能。
51.5)本发明方法制备出的合金羟基磷灰石复合涂层厚度控制在10um。
52.上述合金粉末由30重量份的金属粉末铁、18重量份的金属粉末镍、11重量份的金
属钛、4重量份的金属粉末铬、6重量份的金属粉末锡、1.5重量份的金属粉末钼、3.5重量份的金属粉末钒、1重量份的金属粉末镁和2重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
53.实施例4：
54.一种用于导管泵转子表面的耐腐蚀涂层的制备方法，转子材质为钕铁硼永磁体，在涂层制备前，转子为无磁状态，涂层制备完成后对转子进行充磁，以待使用。耐腐蚀涂层为合金羟基磷灰石复合涂层，其具体制备方法包括以下步骤：
55.1)转子表面预处理，具体的为对转子表面自带的防护膜、杂质、锈蚀物、氧化层进行除防护油处理和除锈清洁处理；
56.2)将合金粉末经高压气体通过喷嘴沉积在转子表面，同时基体表面使用激光进行辅助加热，喷嘴与激光器在沉积点保持一致，最终合金粉末沉积在转子表面形成合金涂层，合金涂层厚度控制在10um；其中，高压气体压强为4.5mpa，激光功率密度为8*105w/cm2，波长为1100nm；
57.3)以羟基磷灰石为靶材，在合金涂层表面运用ar气进行磁控溅射羟基磷灰石靶材，得到羟基磷灰石薄层，厚度控制在3um；具体工艺参数为：真空度预设为2*10
‑4mbar，溅射电流为160ma，沉积速率为20nm/min；
58.4)将经过步骤3)处理过后的转子放入中温管式炉内进行热处理，工艺条件为在210℃下保温2h，冷却后即得到合金羟基磷灰石复合涂层，经过热处理后的复合涂层更加致密均匀，与转子表面的结合力更好，以及可以进一步提升涂层的耐腐蚀性能。
59.5)本发明方法制备出的合金羟基磷灰石复合涂层厚度控制在11um。
60.上述合金粉末由15重量份的金属粉末铁、20重量份的金属粉末镍、7重量份的金属钛、6重量份的金属粉末铬、9重量份的金属粉末锡、0.5重量份的金属粉末钼、3重量份的金属粉末钒、4重量份的金属粉末镁和4重量份的金属粉末钙组成，将各金属粉末混合均匀经球磨法研磨后通过高压ar气雾化法制备预合金粉末。
61.对比例1：
62.与实施例1不同的是，对比例1中的转子表面不经过任何涂层处理。
63.对比例2：
64.与对比例1不同的是，对比例1中的转子表面采用常规方法镀有金属镍层，涂层厚度为7um。
65.对比例3：
66.与实施例1不同的是，对比例3中的转子表面仅采用相同方法喷涂有合金涂层，涂层厚度为7um。
67.对比例4：
68.与实施例1不同的是，对比例4中的转子表面直接通过磁控溅射技术溅射羟基磷灰石涂层，涂层厚度为3um。
69.将分别采用实施例1
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4及对比例1
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3方法制备出的带有防腐蚀涂层的转子经充磁后与线圈绕组、泵壳体、叶轮、导管等部件组装成导管泵系统，统一将转子转速调整为33000r/min，生理盐水流体流速调整为188.5mm/s，经240h后观察转子表面涂层腐蚀情况，结果如表1所示。
70.表1：
[0071][0072][0073]
综上，本发明实施例具有如下有益效果：通过激光辅助冷喷涂工艺在转子表面形成合金涂层，通过磁控溅射技术将羟基磷灰石溅射到合金涂层表面形成外部涂层，既符合医疗材料生物相容性的要求，同时也提高了复合涂层整体的耐腐蚀性，相比将羟基磷灰石直接溅射在转子表面，羟基磷灰石与合金涂层的界面结合效果更好，避免了羟基磷灰石涂层脱落，提高了导管泵的使用寿命。
[0074]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。