探索钛及钛合金表面阳极氧化技术在医疗器械

作者：吴献斌

作者单位：浙江科惠医疗器械股份有限公司

文章来源：装备技术

我部摘要：钛及钛合金是一类重要的医用金属材料，被广泛应用于医疗器械制造中，具有良好的物理性质与化学性质。基于此，本文先从生物相容性、耐磨性、耐腐蚀性等方面对钛及钛合金特性分析进行分析，再从氧化着色方法、氧化膜性质两个方面分析钛及钛合金表面氧化技术。最后，从骨科、矫形外科、微创手术等方面分析钛及钛合金在医疗器械产品中的应用，从而提高钛及钛合金的医疗应用水平。

关键词：钛及钛合金阳极氧化氧化膜特性医疗器械

一、钛及钛合金表面氧化技术分析

（一）钛及钛合金表面氧化方法

本文采用阳极氧化技术对钛及钛合金表面进行氧化，具体方法如下：将钛及钛合金作为阳极，稳定性较强的带电材料作用阴极，将盐溶液作为电解液，通过电化学反应使钛及钛合金表面形成氧化膜。氧化膜的厚度、颜色等主要由反应时间、电压决定，具体内容如下：氧化膜的主要成分为，在电极通电后，将会在阳极生成，并且附着在阳极表面，在钛及钛合金外部形成氧化膜。随着反应时间的不断进行，氧化膜的厚度将会逐渐增加，并且颜色也会逐渐加深。当反应电压增加时，电化学反应的速率将会加快，氧化膜的厚度同样会增加。氧化膜的颜色可以通过槽电压进行控制，可以使氧化膜呈现出不同的颜色，如黄、绿、蓝等，使其带有一定的颜色。

（二）钛及钛合金氧化膜特性分析

1、氧化膜颜色

钛及钛合金经过阳极反应后，氧化膜将会呈现出不同的颜色，并且使其钛及钛合金的性质更加地稳定。氧化膜颜色在医疗器械中的作用主要体现如下：首先，氧化膜可以对钛及钛合金进行包裹，防止内部金属离子向人体组织中扩散，避免人体组织受到金属毒性的侵蚀，使钛及钛合金与人体更加地兼容。其次，通过氧化膜颜色可以对手术区域进行区分，避免手术区域出现混淆，保障手术能够顺利完成。最后，氧化膜颜色可以提高视觉体验，使钛及钛合金看起来更加地美观。例如：在义齿色彩方面，通过对氧化膜颜色的调节可以使义齿的颜色更加地丰富，满足人们的审美需求。由此可见，在阳极氧化反应中，对氧化膜的颜色进行控制非常重要，可以有效地提高医疗器械的质量，并且使其看起来更加地美观。

2、氧化膜形貌

钛及钛合金氧化膜的形貌需要通过电子显微镜进行观察，其形貌特征主要体现在以下几个方面：第一，氧化膜表面较为粗糙，均匀地对合金表面进行覆盖，厚度在3-5之间，可以有效地提高钛及钛合金的耐腐蚀性和耐磨性，并且防止金属元素析出。第二，氧化膜与钛及钛合金表面接触良好，可以有效地避免氧化膜发生脱落，保障医疗器械具有良好的质量。第三，氧化膜表面疏松多孔，这一结构有利于人体组织与钛及钛合金的契合，使人体组织能够快速地附着在其表面，进而促进骨组织的生长，加快骨组织的愈合。

3、氧化膜元素

氧化膜能够呈现出不同的颜色与其元素组成有关，包括C、O、Ti、Al、V等多种元素。例如：金色氧化膜主要元素含量为：C：2.30%、O：23.55%、Ti：66.31%、Al：4.25%、V：2.59%；蓝色氧化膜主要元素含量为：C：3.94%、O：14.21%、Ti：74.18%、Al：5.09%、V：2.84%；绿色氧化膜主要元素含量为：C：1.79%、O：34.07%、Ti：57.06%、Al：3.31%、V：2.36%。而且，氧化膜颜色的深浅还与其厚度有关，厚度越大，氧化膜的颜色越深；厚度越小，氧化膜的颜色越浅。对于黑灰色氧化膜，除了包含上述五种元素之外，还含有Na、P、Si等元素。氧化膜元素的引入途径主要包含两个方面：一方面，钛及钛合金本身含有的元素，如Ti、Al等。另一方面，来自电解液中的元素，如Na、P、O等。当氧化膜反射光线时，将会发生干涉现象，进而使氧化膜呈现多种色彩。

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