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一种具有高比表面积的长效抗菌型钛银合金骨植入器械及其制备方法 

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申请/专利权人:杭州明康捷医疗科技有限公司

摘要:本发明公开了一种具有高比表面积的长效抗菌型钛银合金骨植入器械及其制备方法。其制备包括:1)使用辉光放电工艺在真空条件下对原材料进行清洁去除氧化层;2)结合真空感应熔炼技术使原材料形成均相合金材料并形成粉末;3)在真空或惰性气氛下对所得混和粉末进行3D打印得到定制形态的合金型骨植入器械;4)对器械进行精加工得到光滑平整的表面,然后在真空或惰性气氛下进行梯度升温退火热处理;5)对器械表面进行微弧氧化构筑可促进银释放的高比表面积微纳结构,最终得到钛银合金复合骨植入器械产品。该产品具有高强度、长效抗菌和促成骨功能,且可根据病人需求进行私人定制,对于骨感染、骨折和骨缺损等具有良好的疗效。

主权项:1.一种具有高比表面积的长效抗菌型钛银合金骨植入器械,其特征在于:所述器械是以钛钛合金、银、石墨烯、碳纳米管和碳纤维作为主要原料,经辉光放电清洗、真空感应熔炼、金属3D打印、精加工表面、退火热处理和微弧氧化的组合工艺制得,兼具高强度及长效抗菌功能;该骨植入器械的制备步骤包括:1)将医用钛钛合金、银、石墨烯、碳纳米管、碳纤维按比例加入反应腔内,抽真空后,使用辉光放电对原料进行清洁,去除样品表面杂质和氧化层;2)将上述原料转移至模具内压坯定型,之后将定型后的坯体转移进真空感应熔炼炉,梯度升温至1800℃,真空感应熔炼形成复合熔体,冷却至室温后出炉得到碳材料增强的钛银合金,再制成直径80-100mm的自耗电极棒;3)将上述自耗电极棒连接至等离子旋转电极雾化制粉机,通过等离子旋转电极雾化制得直径50-150μm的复合球形粉末;在真空或惰性气体氛围条件下,将上述复合球形粉末转移至3D打印机,进行金属3D打印,打印后进行热等静压,冷却至室温后取出钛银合金样品;4)使用精加工设备对所得样品进行精加工处理,去除表面的瑕疵得到光滑且平整的表面;5)将所得样品置于真空或惰性气体氛围条件下,分别于1000-1100℃保温2-3小时,700-800℃保温3-5小时,400-500℃保温10-12小时,在腔体内冷却至室温,以实现样品的梯度退火;6)对所得样品进行表面微弧氧化,使其表面形成有利于银释放的具有高比表面积的微纳结构,制得长效抗菌型钛银合金骨植入器械产品;步骤1)中使用的医用钛合金为TC4、TC15、TC20中的一种或几种,医用钛钛合金用量为95-98wt%;银的纯度为99.99%以上,用量为0.05-3wt%;石墨烯用量为0.05-1wt%;碳纳米管用量为0.05-1wt%;碳纤维用量为0.05-1wt%;步骤2)中压坯压力150-300MPa,保压时间7-10min;真空感应熔炼电流1800-3300A,熔炼电压15-35V;采用四段式梯度升温,参数为:第一阶段,以5-10℃min的升温速率从室温加热至500℃保温60~90min;第二阶段,以5-10℃min的升温速率从500℃加热至1000℃保温60~90min;第三阶段,以10-15℃min的升温速率从1000℃加热至1500℃保温60~90min;第四阶段,以10-15℃min的升温速率从1500℃加热至1800℃烧结2-4h,真空度小于0.003Pa;步骤3)中等离子旋转电极雾化转速为25000rmin,工作电流3000-3500A,等离子枪功率200kW,氩气压0.01-0.05MPa;金属3D打印的工艺为:电子束选区熔化的电子束速度为4500-4600mms,电子束强度10-20mA,焦点偏移量20-30mA,分层厚度50μm,打印舱内真空度低于0.0005Pa,氩气压0.01-0.05MPa,预热温度650℃;热等静压工艺参数为:工作温度为920℃,静压压力100MPa,工作时间2h;步骤5)中微弧氧化使用的电解液成分为含80-85mM乙二胺四乙酸二钠,50-60mM乙酸钙,20-35mM磷酸二氢钙的水溶液,pH=11,工作条件为电压400-500V,频率90-100Hz,占空比30%,氧化时间5-10min,电解液温度35~45℃。

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