一种含钒钛合金表面处理的方法与流程

1.本发明涉及医用植入材料制作领域，尤其涉及一种含钒钛合金表面处理的方法。

背景技术：
钛-铝-钒合金是一种在医疗器械领域广泛应用的钛合金材料，包括tc2、tc3、tc4等多个标号。该系合金在纯钛的基础上，增加铝、钒元素，提高了钛合金的硬度和耐磨性等指标，有利于增强医疗器械的使用寿命。为进一步提高此类合金的生物亲和性、使用寿命，降低生物毒性，现有技术公开了使用微弧氧化或阳极氧化对表面进行处理的方法。微弧氧化能够制备数十微米厚度的氧化物涂层，表面具有多孔结构，具有很好的生物活性。
2.专利cn 109518254 a公开了一种对钛合金进行微弧氧化处理的方法，使用磷酸钠、偏铝酸钠、edta二钠、氢氧化钠水溶液作为电解液，使用钛合金作为阳极，不锈钢或石墨电极作为阴极，进行微弧氧化反应，制备高硬度微弧氧化膜。
3.但是，使用上述已知表面氧化工艺处理含钒钛合金时，钒元素含量的提高会对处理工艺产生不利影响，破坏膜层质量，同时，钒是一种有毒物质，膜层质量的下降会导致对人体的不利影响。目前国家标准对tc4合金中钒元素含量给出了一定的允许范围，允许其百分含量在3.5%~4.5%范围内，均视为合金合格，但是在实际处理中，含钒3.5%的钛合金与含钒4.5%的钛合金的反应现象、产品质量截然不同，较高的钒含量会造成膜层击穿（体现为有色击穿斑点），破坏膜层致密性和附着力（体现为附着力测试不合格或结果较差），等等不良的技术效果。因此，需要针对含钒量较高的钛合金研发一种新的针对性处理方案。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是有效地解决了钒含量提高所导致的膜层质量下降问题，提高了膜层表面的均匀程度和致密程度，使得对含钒钛合金进行表面氧化处理所得到的膜层质量显著提高，更好地适应医疗领域应用需要。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种含钒钛合金表面处理的方法，包括如下步骤：1）配置电解液，将含钒钛材料的工件切削成型；2）将成型后的工件浸入电解液中，使用脉冲电源，阳极与工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路；惰性导体电极为不锈钢；3）施加脉冲电流，电解液铝酸钠浓度在8g/l以下，同时磷酸钠浓度在15g/l以上；同时电流密度为10~15a/dm2，脉冲频率 50~200hz，占空比10~30%，施加时间为5~10分钟；4）在工件表面形成涂层。
6.进一步地，所述电解液包括：电解液铝酸钠浓度在8g/l以下，磷酸钠浓度在15g/l以上。
7.进一步地，所述步骤2）还包括，所述成型后的工件固定在固定器上，所述固定器由2mm直径钛丝制成。
8.进一步地，所述固定器处于电解质中和电解质-空气界面处部分的表面用绝缘物质覆盖。
9.进一步地，脉冲频率为50hz，施加时间为10分钟。
10.进一步地，脉冲频率为200hz，施加时间为5分钟。
11.进一步地，步骤3）包括，反应过程中，电解液使用空压机搅拌。
12.进一步地，步骤3）包括，通过冷冻机组控制溶液温度小于55℃。
13.本发明有效地解决了含钒钛合金中钒含量提高所导致的膜层质量下降问题，提高了膜层表面的均匀程度和致密程度，使得对含钒钛合金进行表面氧化处理所得到的膜层质量显著提高，更好地适应医疗领域应用需要。
14.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
15.图1是本发明的一个较佳实施例的采用d3359标准百格刀方法测试膜层均匀致密性的效果图。
16.图2是本发明的另一个较佳实施例的采用d3359标准百格刀测试方法测试膜层均匀致密性的效果图。
具体实施方式
17.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
18.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
19.实施例一为使用已知微弧氧化处理工艺对含钒钛合金样品1进行处理，样品1合金组分使用直读光谱仪测量得：质量分数al 6.3%, v 3.4%, 其余为ti。微弧氧化处理工艺为：电解液na3po
4 15g/l、naalo
2 10g/l、na2edta 3g/l、naoh 1g/l；电源电流密度5a/dm2，终止电压450v，脉冲频率300hz，占空比60％，氧化时间15min，通过冷冻机组控制溶液温度小于60℃；所得样品使用美国材料与试验协会(astm)的d3359标准测试氧化膜均匀致密程度，发生明显破损，级别1b（表面35~65%破损）实施例二为使用已知微弧氧化处理工艺对含钒钛合金样品2进行处理，样品2合金组分使用直读光谱仪测量得：质量分数al 6.1%, v 4.5%, 其余为ti。微弧氧化处理工艺为：电解液na3po
4 15g/l、naalo
2 10g/l、na2edta 3g/l、naoh 1g/l；电源电流密度5a/dm2，终止电压450v，脉冲频率300hz，占空比60％，氧化时间15min，通过冷冻机组控制溶液温度小于60℃；所得样品使用美国材料与试验协会(astm)的d3359标准测试氧化膜均匀致密程度，发生明显破损，级别1b（表面35~65%破损）本发明的另一个较佳实施例是使用本技术方案对含钒钛合金样品2进行处理，样品2合金组分使用直读光谱仪测量得：质量分数al 6.1%, v 4.5%, 其余为ti。处理工艺为：1）配置电解液，将含钒钛材料的工件切削成型；电解液铝酸钠浓度在8g/l，磷酸钠浓度在15g/l。
20.2）将成型后的工件浸入电解液中，使用脉冲电源，阳极与工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路；惰性导体电极为不锈钢；成型后的工件固定在固定器上，固定器由2mm直径钛丝制成。固定器处于电解质中和电解质-空气界面处部分的表面用绝缘物质覆盖。
21.3）施加脉冲电流，电流密度为10a/dm2，脉冲频率 50hz，占空比30%，施加时间为10分钟，反应过程中，电解液使用空压机搅拌。通过冷冻机组控制溶液温度小于55℃。
22.4）在工件表面形成涂层。
23.如图1所示，所得样品使用美国材料与试验协会(astm)的d3359标准测试氧化膜均匀致密程度，达到4b级别（表面破损少于5%）。
24.本发明的另一个较佳实施例是使用本技术方案对含钒钛合金样品2进行处理，样品2合金组分使用直读光谱仪测量得：质量分数al 6.1%, v 4.5%, 其余为ti。处理工艺为：1）配置电解液，将含钒钛材料的工件切削成型；电解液铝酸钠浓度在8g/l，磷酸钠浓度在15g/l。
25.2）将成型后的工件浸入电解液中，使用脉冲电源，阳极与工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路；惰性导体电极为不锈钢；成型后的工件固定在固定器上，固定器由2mm直径钛丝制成。固定器处于电解质中和电解质-空气界面处部分的表面用绝缘物质覆盖。
26.3）电流密度为5a/dm2，脉冲频率 200hz，占空比30%，施加时间为5分钟，通过冷冻机组控制溶液温度小于55℃。反应过程中，电解液使用空压机搅拌。
27.4）在工件表面形成涂层。
28.如图2所示，所得样品使用美国材料与试验协会(astm)的d3359标准测试氧化膜均匀致密程度，达到5b级别（表面无可见破损）本发明的一个较佳实施例是一种含钒钛合金表面处理的方法，包括如下步骤：1）配置电解液，将含钒钛材料的工件切削成型；电解液铝酸钠浓度在8g/l，磷酸钠浓度在15g/l。
29.2）将成型后的工件浸入电解液中，使用脉冲电源，阳极与工件连接，阴极与惰性导体电极连接，构成回路；惰性导体电极为不锈钢；成型后的工件固定在固定器上，固定器由2mm直径钛丝制成。固定器处于电解质中和电解质-空气界面处部分的表面用绝缘物质覆盖。
30.3）施加脉冲电流，电流密度为10~15a/dm2，脉冲频率 50~200hz，占空比10~30%，施加时间为5~10分钟；反应过程中，电解液使用空压机搅拌。通过冷冻机组控制溶液温度小于55℃。
31.4）在工件表面形成涂层。
32.本发明有效地解决了含钒钛合金中钒含量提高所导致的膜层质量下降问题，提高了膜层表面的均匀程度和致密程度，使得对含钒钛合金进行表面氧化处理所得到的膜层质量显著提高，更好地适应医疗领域应用需要。
33.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术
方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。