用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法
【專利摘要】用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，涉及一種金屬復合膜的制備方法，本發(fā)明確定了靶材成分、數(shù)量及配置方位，確定了商用高純度鈦鋯合金靶作為弧源，確定了工件前處理工藝、預轟擊清洗工藝和沉積工藝，在鎳鈦根管銼表面鍍覆一層TiZrON復合膜，能夠有效抑制鎳鈦根管銼中的鎳（Ni）離子向外擴散，在保持鎳鈦根管銼原有彈性不變的基礎上，提高鎳鈦根管銼表面的硬度和抗腐蝕性，并能有效提高鎳鈦根管銼的使用性能。保證了膜層表面的硬度、膜層厚度，有效抑制了鎳鈦根管銼中的鎳（Ni）離子向外擴散，保持了鎳鈦根管銼的原有彈性，提高了鎳鈦根管銼表面的耐腐蝕性。
【專利說明】
用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬復合膜的制備方法，特別是涉及一種用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]鎳鈦合金廣泛應用于根管治療器械、修復材料、種植體以及正畸弓絲等領域。鎳鈦根管器械具有超彈性和優(yōu)越的形態(tài)記憶能力，已成為牙科臨床根管預備的首選。鎳鈦合金器械在根管預備時能夠使根管保持原有的解剖形態(tài)，對于彎曲根管仍然可順暢地預備形成較好的錐度，減少了臺階的形成和根管偏移的風險，并且能夠提高治療效率。近年，根據(jù)橫斷面的形狀、錐度、表面處理、螺紋的數(shù)量和切割角度的不同，已經(jīng)有各種不同的鎳鈦器械用于根管治療中。
[0003]目前，用于根管治療的鎳鈦器械主要存在以下缺點:表面硬度較低、根管治療中鎳離子的釋放析出、在NaOCl溶液中耐腐蝕性能不強、根管治療中的器械分離。
[0004]多弧離子鍍是一種設有多個可同時蒸發(fā)的陰極弧蒸發(fā)源的真空物理沉積技術，具有沉積速度快、膜層組織致密、附著力強、均勻性好等顯著特點。該技術適用于多元硬質(zhì)反應膜的制備，并在氮化鈦、氮化鈦鋁、氮化鈦鋯以及更多組元的硬質(zhì)反應膜的制備方面獲得成功應用。
[0005]加工制造業(yè)所用的多弧離子鍍氮化鈦鋯膜一般以高速鋼和硬質(zhì)合金為基體，在鍍膜過程中，通常采用較高沉積溫度，較大偏壓進行轟擊清洗，為提高耐磨性和使用壽命，膜層厚度一般在2微米以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，該方法在鎳鈦根管銼表面鍍覆一層TiZrON復合膜，能夠有效抑制鎳鈦根管銼中的鎳(Ni)離子向外擴散，在保持鎳鈦根管銼原有彈性不變的基礎上，提高鎳鈦根管銼表面的硬度和抗腐蝕性，并能有效提高鎳鈦根管銼的使用性能。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
本發(fā)明方法依次包括以下制備過程:
1、沉積技術及靶材成分的確定:確定多弧離子鍍作為TiZrON復合膜的制備技術，弧源靶材均為純度99.99%的鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為T1: Zr=50:50。
[0008]2、弧源個數(shù)的確定:根據(jù)膜層均勻性要求和鍍膜室溫度限制來確定所要使用的多弧離子鍍弧源個數(shù)，即，為保證鎳鈦根管銼表面均勻鍍覆鈦鋯氮化物膜，至少選用兩個不同方位且成90度配置的弧源同時起弧沉積，而同時要保證鎳鈦根管銼在鍍膜室內(nèi)的整個過程中，鍍膜室溫度不超過200° C。
[0009]3、鎳鈦根管銼的前處理:選擇醫(yī)用鎳鈦根管銼，在將其放入鍍膜室進行鍍膜前，用乙醇進行超聲波清洗，電吹風緩慢吹干，然后置于鍍膜室的工件架上。
[0010]4、預轟擊清洗工藝的確定:指的是鎳鈦根管銼在沉積Ti ZrON復合膜之前的多弧離子鍍技術下的離子轟擊清洗工藝，預轟擊清洗工藝分為四步實現(xiàn)，第一步，對鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤，使鍍膜室背底真空度達到8.(Γ10—3帕、溫度達到100° C;第二步，充入氬氣，使鍍膜室真空度達到2.0,10-1至2.3,1ο—1帕之間，開啟兩弧源，保持弧電流在50安培，轟擊負偏壓為-350伏，進行離子轟擊2分鐘后停止，同時停止氬氣流入;第三步，繼續(xù)對鍍膜室抽真空，在鍍膜室溫度恢復到100° C時，重復第二步的過程;第四步，重復第三步的過程2?3次。
[0011]5、沉積工藝的確定:指的是在鎳鈦根管銼表面采用多弧離子鍍技術制備TiZrON復合膜的沉積工藝，鍍膜過程分為兩個階段，第一步，TiZr合金過渡層的沉積，S卩，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強保持在2.0,10.1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于48?50安培，工件偏壓為150伏，開始沉積，沉積時間3分鐘;第二步，調(diào)整氬氣流量，使其分壓強達到0.8,10—1帕，向鍍膜室內(nèi)同時通入氮氣，使混合氣體總壓強達到2.5,10—1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于50安培，沉積負偏壓設定為-100?110伏，開始沉積，5分鐘后，關閉氬氣，使其進入鍍膜室流量為零，同時通入氧氣，增加氮氣流量，保持氮氣和氧氣的分壓比為5:1，使鍍膜室內(nèi)混合氣體總壓強達到3.010+1帕，保持兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流為50安培，沉積負偏壓設定為-100?110伏，繼續(xù)沉積，時間13?15分鐘。
[0012]6、工件架旋轉(zhuǎn):在鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤、對鎳鈦根管銼進行離子轟擊、TiZr合金過渡層沉積、TiZrON復合膜沉積的整個過程中一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。
[0013]按照本發(fā)明所提出的采用鈦鋯合金靶制備的用于鎳鈦根管銼表面改性的TiZrON復合膜的制備方法，可以獲得上述的TiZrON復合膜，該TiZrON復合膜能夠抑制鎳鈦根管銼中的鎳(Ni )向外擴散，保持鎳鈦根管銼原有彈性基本不變，提高了鎳鈦根管銼表面的硬度、耐磨性和抗腐蝕性，并能有效提高鎳鈦根管銼的使用壽命。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點與效果是:
本發(fā)明確定了靶材成分、數(shù)量及配置方位，確定了商用高純度鈦鋯合金靶作為弧源，確定了工件前處理工藝、預轟擊清洗工藝和沉積工藝，保證了膜層表面的硬度、膜層厚度，有效抑制了鎳鈦根管銼中的鎳(Ni)離子向外擴散，保持了鎳鈦根管銼的原有彈性，提高了鎳鈦根管銼表面的耐腐蝕性。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
在醫(yī)用鎳鈦根管銼(S系列，規(guī)格SX，長度19mm)表面鍍覆氮氧鈦鋯(TiZrON)復合膜，其方法是:
1、沉積技術及靶材成分的確定:確定多弧離子鍍作為TiZrON復合膜的制備技術，弧源靶材均為純度99.99%的鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為T1: Zr=50:50。
[0016]2、弧源個數(shù)的確定:選用兩個不同方位且成90度配置的弧源同時起弧沉積，而同時要保證鎳鈦根管銼在鍍膜室內(nèi)的整個過程中，鍍膜室溫度不超過200°C。
[0017]3、鎳鈦根管銼的前處理:選擇醫(yī)用鎳鈦根管銼，在將其放入鍍膜室進行鍍膜前，用乙醇進行超聲波清洗，電吹風緩慢吹干，然后置于鍍膜室的工件架上。
[0018]4、預轟擊清洗工藝的確定:指的是鎳鈦根管銼在沉積Ti ZrON復合膜之前的多弧離子鍍技術下的離子轟擊清洗工藝，預轟擊清洗工藝分為四步實現(xiàn)，第一步，對鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤，使鍍膜室背底真空度達到8.(Γ10—3帕、溫度達到100° C;第二步，充入氬氣，使鍍膜室真空度達到2.0,10-1帕，開啟兩弧源，保持弧電流在50安培，轟擊負偏壓為-350伏，進行離子轟擊2分鐘后停止，同時停止氬氣流入;第三步，繼續(xù)對鍍膜室抽真空，在鍍膜室溫度恢復到100° C時，重復第二步的過程;第四步，重復第三步的過程2次。
[0019]5、沉積工藝的確定:指的是在鎳鈦根管銼表面采用多弧離子鍍技術制備TiZrON復合膜的沉積工藝，鍍膜過程分為兩個階段，第一步，TiZr合金過渡層的沉積，S卩，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強保持在2.010+1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于50安培，工件偏壓為150伏，開始沉積，沉積時間3分鐘;第二步，調(diào)整氬氣流量，使其分壓強達到0.8,10—1帕，向鍍膜室內(nèi)同時通入氮氣，使混合氣體總壓強達到2.5,10—1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于50安培，沉積負偏壓設定為-100伏，開始沉積，5分鐘后，關閉氬氣，使其進入鍍膜室流量為零，同時通入氧氣，增加氮氣流量，保持氮氣和氧氣的分壓比為5:1，使鍍膜室內(nèi)混合氣體總壓強達到3.010+1帕，保持兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流為50安培，沉積負偏壓設定為-100伏，繼續(xù)沉積，時間15分鐘。
[0020]6、工件架旋轉(zhuǎn):在鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤、對鎳鈦根管銼進行離子轟擊、TiZr合金過渡層沉積、TiZrON復合膜沉積的整個過程中一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。
[0021]對使用上述方法制備的TiZrON復合膜進行測試，該TiZrON復合膜與鎳鈦根管銼結合牢固，膜層厚度為0.5微米，覆蓋完整，能夠抑制鎳鈦根管銼中的鎳(Ni)離子向外擴散，鍍膜后的鎳鈦根管銼抗折次數(shù)達到原始未鍍膜鎳鈦根管銼的97%，鍍膜后的鎳鈦根管銼表面硬度達到HV2200，在NaOCl溶液中的耐腐蝕性提高，點蝕電位高于未鍍膜的鎳鈦根管銼，且容易形成二次鈍化區(qū)。
[0022]實施例2
在醫(yī)用鎳鈦根管銼(F系列，規(guī)格F2，長度21mm)表面鍍覆鍍覆氮氧鈦鋯(TiZrON)復合膜，其方法是:
1、沉積技術及靶材成分的確定:確定多弧離子鍍作為TiZrON復合膜的制備技術，弧源靶材均為純度99.99%的鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為T1: Zr=50:50。
[0023]2、弧源個數(shù)的確定:選用兩個不同方位且成90度配置的弧源同時起弧沉積，而同時要保證鎳鈦根管銼在鍍膜室內(nèi)的整個過程中，鍍膜室溫度不超過200°C。
[0024]3、鎳鈦根管銼的前處理:選擇醫(yī)用鎳鈦根管銼，在將其放入鍍膜室進行鍍膜前，用乙醇進行超聲波清洗，電吹風緩慢吹干，然后置于鍍膜室的工件架上。
[0025]4、預轟擊清洗工藝的確定:指的是鎳鈦根管銼在沉積Ti ZrON復合膜之前的多弧離子鍍技術下的離子轟擊清洗工藝，預轟擊清洗工藝分為四步實現(xiàn)，第一步，對鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤，使鍍膜室背底真空度達到8.(Γ10—3帕、溫度達到100° C;第二步，充入氬氣，使鍍膜室真空度達到2.3,10—1帕，開啟兩弧源，保持弧電流在50安培，轟擊負偏壓為-350伏，進行離子轟擊2分鐘后停止，同時停止氬氣流入;第三步，繼續(xù)對鍍膜室抽真空，在鍍膜室溫度恢復到100° C時，重復第二步的過程;第四步，重復第三步的過程3次。
[0026]5、沉積工藝的確定:指的是在鎳鈦根管銼表面采用多弧離子鍍技術制備TiZrON復合膜的沉積工藝，鍍膜過程分為兩個階段，第一步，TiZr合金過渡層的沉積，S卩，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強保持在2.010+1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于48安培，工件偏壓為150伏，開始沉積，沉積時間3分鐘;第二步，調(diào)整氬氣流量，使其分壓強達到0.8,10—1帕，向鍍膜室內(nèi)同時通入氮氣，使混合氣體總壓強達到2.5,10—1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于50安培，沉積負偏壓設定為-110伏，開始沉積，5分鐘后，關閉氬氣，使其進入鍍膜室流量為零，同時通入氧氣，增加氮氣流量，保持氮氣和氧氣的分壓比為5:1，使鍍膜室內(nèi)混合氣體總壓強達到3.010+1帕，保持兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流為50安培，沉積負偏壓設定為-1 1伏，繼續(xù)沉積，時間13分鐘。
[0027]6、工件架旋轉(zhuǎn):在鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤、對鎳鈦根管銼進行離子轟擊、TiZr合金過渡層沉積、TiZrON復合膜沉積的整個過程中一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6
轉(zhuǎn)/分鐘。
[0028]
對使用上述方法制備的TiZrN膜進行測試，該TiZrN膜與鎳鈦根管銼結合牢固，膜層厚度為0.4微米，覆蓋完整，能夠抑制鎳鈦根管銼中的鎳(Ni)向外擴散，鍍膜后的鎳鈦根管銼抗折次數(shù)達到原始未鍍膜鎳鈦根管銼的97%，鍍膜后的鎳鈦根管銼表面硬度達到HV2150、在NaOCl溶液中的點蝕電位高于未鍍膜的鎳鈦根管銼，且容易形成二次鈍化區(qū)。
【主權項】
1.用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下制備過程: a、沉積技術及靶材成分的確定:確定多弧離子鍍作為TiZrON復合膜的制備方案，弧源靶材均為純度99.99%的鈦鋯合金靶，鈦鋯合金靶的原子比為T1: Zr=50:50 ； b、弧源個數(shù)的確定:根據(jù)膜層均勻性要求和鍍膜室溫度限制來確定所要使用的多弧離子鍍弧源個數(shù)； c、鎳鈦根管銼的前處理:選擇醫(yī)用鎳鈦根管銼，在將其放入鍍膜室進行鍍膜前，用乙醇進行超聲波清洗，電吹風緩慢吹干，然后置于鍍膜室的工件架上； d、預轟擊清洗工藝的確定:將鎳鈦根管銼在沉積TiZrON復合膜之前的多弧離子鍍技術下的離子轟擊清洗工藝； e、沉積工藝的確定:在鎳鈦根管銼表面采用多弧離子鍍技術制備TiZrON復合膜的沉積鍍膜工藝； f、工件架旋轉(zhuǎn):在鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤、對鎳鈦根管銼進行離子轟擊、TiZr合金過渡層沉積、TiZrON復合膜沉積的整個過程中一直保持工件架旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為6轉(zhuǎn)/分鐘。2.根據(jù)權利要求1所述的用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，其特征在于，所述多弧離子鍍弧源個數(shù)，為保證鎳鈦根管銼表面均勻鍍覆鈦鋯氮化物膜，至少選用兩個不同方位且成90度配置的弧源同時起弧沉積，而同時要保證鎳鈦根管銼在鍍膜室內(nèi)的整個過程中，鍍膜室溫度不超過200°C。3.根據(jù)權利要求1所述的用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，其特征在于，所述預轟擊清洗工藝為如下四步實現(xiàn): 第一步，對鍍膜室抽真空并進行緩慢加熱烘烤，使鍍膜室背底真空度達到8.(Γ10—3帕、溫度達到100° C; 第二步，充入氬氣，使鍍膜室真空度達到2.0,10-1至2.310—1帕之間，開啟兩弧源，保持弧電流在50安培，轟擊負偏壓為-350伏，進行離子轟擊2分鐘后停止，同時停止氬氣流入； 第三步，繼續(xù)對鍍膜室抽真空，在鍍膜室溫度恢復到100° C時，重復第二步的過程； 第四步，重復第二步的過程2?3次。4.根據(jù)權利要求1所述的用于鎳鈦根管銼表面改性金屬氮氧鈦鋯復合膜的制備方法，其特征在于，所述鍍膜過程分為如下兩個階段: 第一階段，TiZr合金過渡層的沉積，S卩，將鍍膜室內(nèi)的氬氣壓強保持在2.010+1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于48?50安培，工件偏壓為150伏，開始沉積，沉積時間3分鐘； 第二階段，調(diào)整氬氣流量，使其分壓強達到0.8,10—1帕，向鍍膜室內(nèi)同時通入氮氣，使混合氣體總壓強達到2.5,10—1帕，兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流均置于50安培，沉積負偏壓設定為-100?110伏，開始沉積，5分鐘后，關閉氬氣，使其進入鍍膜室流量為零，同時通入氧氣，增加氮氣流量，保持氮氣和氧氣的分壓比為5:1，使鍍膜室內(nèi)混合氣體總壓強達到3.0'10—1帕，保持兩個鈦鋯合金靶弧源的弧電流為50安培，沉積負偏壓設定為-100?110伏，繼續(xù)沉積，時間13?15分鐘。
【文檔編號】C23C14/32GK105908136SQ201610404492
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】張鈞, 孫麗婷, 趙微
【申請人】沈陽大學