專利名稱:鈦及鈦合金手術(shù)器械表面涂覆TiAlN的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鈦合金的表面處理,尤其涉及醫(yī)用外科手術(shù)器械用鈦合金的表面處理及其制備方法。
背景技術(shù):
近些年來,由于鈦及鈦合金較其它金屬材料具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕性好、耐熱性高、不生銹等材質(zhì)性能優(yōu)勢,從而被人們推廣到了外科手術(shù)醫(yī)療器械領(lǐng)域。但需要指出的是,鈦及鈦合金部件因表面硬度低而易于劃傷,長期使用過程中其外觀及使用質(zhì)量逐漸下降,降低了手術(shù)醫(yī)療器械的壽命。同時鈦及鈦合金部件因其大的摩擦系數(shù)造成器械滑動、旋轉(zhuǎn)部位快速磨損或咬死而損壞。為了改善上訴問題,國內(nèi)外積極研究開發(fā)各種表面處理方法,以求提高鈦及鈦合金部件的耐磨性。目前常用的涂層方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)、熱噴涂法、等離子噴涂以及化學(xué)涂覆法等。為解決上述問題,本發(fā)明涉及一種鈦合金的表面處理,尤其涉及醫(yī)用外科手術(shù)器械用鈦合金的表面處理及其制備方法,得到的TiAlN化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化磨損能力強、強度高、耐磨性好。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本次所用基體材料為TC4鈦合金,即Ti6A14V合金,其化學(xué)成分為ω (Al) =6. 0% ; ω (V) =3. 8% ; ω (C)=O. ; ω (Fe)=O. 3% ;Ti 余量。為了改善鈦合金的性能,在其表面涂覆TiAIN,其制備方案如下
1)準備好鈦合金試樣材料,然后進行試樣鍍層制備前的檢查,經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干。2)采用8弧源多弧離子鍍膜機制備TiAlN鍍層,將烘干后的試樣裝爐,進行離子轟擊清洗,之后制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐。3)TiAlN鍍層的制備工藝參數(shù)為靶電流60-70 A,基體負偏壓為-100 -400 V,N2分壓0. 32Pa,沉積溫度500°C和600°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3 μ m。真空爐冷到80°C,試樣出爐。
4)涂層表面EDS分析
元素質(zhì)量分數(shù)/%原子數(shù)分析/%N27. 1450. 77Al22. 0625. 43Ti50. 8023. 80合計100.00100. 00
5 )鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。
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本發(fā)明的優(yōu)點是一是相對于不銹鋼表面鍍層外科手術(shù)醫(yī)療器械來說,鈦及鈦合金醫(yī)療器械經(jīng)過TiAlN鍍膜,其重量輕、表面硬度高、摩擦系數(shù)小,解決了醫(yī)療手術(shù)器械的旋轉(zhuǎn)部位因快速磨損或咬死而損害的問題。二是,這是對于鈦及鈦合金醫(yī)療手術(shù)器械的表面處理的一種新的方式,其TiAlN膜層厚度均勻,組織致密,膜層內(nèi)層與基體結(jié)合良好。具體實施方法
采用本發(fā)明可對鈦及鈦合金制作的牽開器、鉗子、鑷子、拉勾等多種外科手術(shù)器械進行表面涂層處理。將鈦或鈦合金各類手術(shù)器械分類,分別依照洗潔精、鹽酸、乙醇、丙酮超聲波液清洗一入離子鍍膜機中鍍膜一7jC洗一擦拭烘干一組裝一包裝的工藝流程進行。本發(fā)明的具體實施發(fā)法優(yōu)選如下實施例一
1)制作鉗子系列手術(shù)器械,如咬骨鉗,首先將以TC4鈦合金制成的咬骨鉗零部件經(jīng)過經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干。2)將烘干后的試樣用銅箔包覆,只裸露出需要鍍膜的刃口部分,放入離子鍍膜機(PVD)中,制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐。其工藝參數(shù)如下靶電流60-70 A,基體負偏壓為-300V,N2分壓0. 32Pa,沉積溫度500°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3 μ m。真空爐冷到80°C,試樣出爐。3 )鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。4)其材料性能如下
顯微硬度HVa ^=23. 5GPa ;表面粗糙度0. 585 μ m ;TiAlN鍍層與基體之間結(jié)合力的最高臨界載荷56. 42 N ;抗磨損能力是無鍍層試樣的13倍;壽命是無鍍層試樣的3倍左
右ο實施例二
1)制作鑷子系列手術(shù)器械,如顯微鑷,首先將以TC4鈦合金制成的顯微鑷零部件經(jīng)過經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干。2)將烘干后的試樣用銅箔包覆,只裸露出需要鍍膜的鑷子端部工作部位,放入離子鍍膜機(PVD)中,制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐。其工藝參數(shù)如下靶電流60-70A,基體負偏壓為-200V,N2分壓0. 32Pa,沉積溫度500°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3μπι。真空爐冷到80°C,試樣出爐。3 )鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。4)其材料性能如下
顯微硬度HVa^=21. 5GPa ;表面粗糙度0. 585 μ m ;TiAlN鍍層與基體之間結(jié)合力的最高臨界載荷45 N ;抗磨損能力是無鍍層試樣的13倍;壽命是無鍍層試樣的3倍左右。實施例三
1)制作手術(shù)器械拉勾系列,如醫(yī)用拉勾,首先將以TC4鈦合金制成的醫(yī)用拉鉤零部件經(jīng)過經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干。2)將烘干后的試樣用銅箔包覆,只裸露出需要鍍膜的拉勾部位,放入離子鍍膜機(PVD)中,制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐。其工藝參數(shù)如下靶電流60-70 A,基體負偏壓為-400V,N2分壓0. 32Pa,沉積溫度500°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3 μ m。真空爐冷到80°C,試樣出爐。
3)鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。4)其材料性能如下
顯微硬度HVa^=20. 3GPa ;表面粗糙度0. 585 μ m ;TiAlN鍍層與基體之間結(jié)合力的最高臨界載荷41. 25 N ;抗磨損能力是無鍍層試樣的13倍;壽命是無鍍層試樣的3倍左
右ο實施例四
1)制作手術(shù)器械手術(shù)剪刀,首先將以TC4鈦合金制成的牽開器零部件經(jīng)過經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干。2)將烘干后的試樣放入離子鍍膜機中進行鍍膜,制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐。其工藝參數(shù)如下靶電流60-70 A,基體負偏壓為-250V,N2分壓0. 32Pa,沉積溫度600°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3μπι。真空爐冷到80°C,試樣出爐。3)鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。4)其材料性能如下
顯微硬度HVa^=22. 6GPa ;表面粗糙度0. 585 μ m ;TiAlN鍍層與基體之間結(jié)合力的最高臨界載荷52. 20 N ;抗磨損能力是無鍍層試樣的13倍;壽命是無鍍層試樣的3倍左右ο
權(quán)利要求
1.一種鈦及鈦合金手術(shù)器械表面涂覆TiAlN的制備方法,其特征在于鈦及鈦合金手術(shù)器械表面涂覆TiAlN的制備方法如下一、準備好鈦合金試樣材料,然后進行試樣鍍層制備前的檢查,經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干;二、采用8弧源多弧離子鍍膜機制備TiAlN鍍層,將烘干后的試樣裝爐,進行離子轟擊清洗,之后制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐;三、TiAlN鍍層的制備工藝參數(shù)為靶電流60-70 A,基體負偏壓為-100 -400 VjN2分壓0. 32Pa,沉積溫度500°C和600°C,總沉積時間為120 min,鍍層厚度約為3 μ m真空爐冷到80°C,試樣出爐;四、涂層表面EDS分析;五、鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦及鈦合金手術(shù)器械表面涂覆TiAlN的制備方法,其特征在于步驟二所述的試樣局部涂覆的方法,即將烘干后的試樣用銅箔包覆,只裸露出需要鍍膜的刃口部分,放入離子鍍膜機(PVD)中,制備TiAlN鍍層。
全文摘要
鈦及鈦合金表面涂覆TiAlN的制備方法,它涉及一種鈦及鈦合金表面涂覆TiAlN的制備工藝。本發(fā)明按照下述步驟進行a.準備好鈦合金試樣材料,然后進行試樣鍍層制備前的檢查,經(jīng)過在三氯乙烯中超聲波清洗、汽油清洗(兩次)、水洗、酸洗、乙醇清洗,最后烘干;b.采用8弧源多弧離子鍍膜機制備TiAlN鍍層,將烘干后的試樣裝爐,進行離子轟擊清洗,之后制備TiAlN鍍層,然后真空冷卻,出爐;c.TiAlN鍍層的制備工藝參數(shù)為靶電流60-70A,基體負偏壓為-100~-400V,N2分壓0.32Pa,沉積溫度500℃和600℃,總沉積時間為120min,鍍層厚度約為3μm真空爐冷到80℃,試樣出爐;d.涂層表面EDS分析;e.鍍膜完成后,經(jīng)水洗、擦拭烘干、組裝、包裝。本發(fā)明得到的TiAlN化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化磨損能力強、強度高、耐磨性好。
文檔編號C23C14/32GK102392221SQ20111033611
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉會群, 易丹青, 楊伏良 申請人:湖南邁迪科新材有限公司