RO127022B1 - Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants - Google Patents

Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants Download PDF

Info

Publication number
RO127022B1
RO127022B1 ROA201000020A RO201000020A RO127022B1 RO 127022 B1 RO127022 B1 RO 127022B1 RO A201000020 A ROA201000020 A RO A201000020A RO 201000020 A RO201000020 A RO 201000020A RO 127022 B1 RO127022 B1 RO 127022B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
ranging
layers
ratio
brugirard
carter
Prior art date
Application number
ROA201000020A
Other languages
Romanian (ro)
Other versions
RO127022A2 (en
Inventor
Mariana Braic
Mihai Balaceanu
Viorel Braic
Alina Vlădescu
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000 filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Optoelectronică - Inoe 2000
Priority to RO201500776A priority Critical patent/RO131792B1/en
Priority to ROA201000020A priority patent/RO127022B1/en
Publication of RO127022A2 publication Critical patent/RO127022A2/en
Publication of RO127022B1 publication Critical patent/RO127022B1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides

Abstract

The invention relates to materials of bio-compatible thin layers, as mono-layers or multi-layers, employed for coating titanium alloys used to make dental implants and dental bio-medical devices. According to the invention, the materials are made of either individual thin layers of oxynitride type such as: TaON, TiON, ZrON, TaTiON, TaZrON and TiZrON of oxide type TaOor carbo-oxynitrides, such as: TaCON, TiCON, ZrCON, TaTiCON, TaZrCON and TiZrCON with the O/N and O/(C+N) ratios ranging between 0.25...4, with the ratio between the metals ranging between 0.5...2, and the ratio between non-metals and metals ranging between 0.8...3.3, or individual thin alternating layers of oxynitride type TaON/TiON, TaON/ZrON, TiON/ZrON, oxides TaO/TiO, TaO/ZrO, TiO/ZrOor carbo-oxynitrides TaCON/TiCON, TaCON/ZrCON, TiCON/ZrCON, the ratio between individual layer thicknesses ranging between 0.25...4, with the thicknesses of the individual pairs of thin layers ranging between 5...400 nm, with the ratio of the individual layer thicknesses ranging between 0.26...4, with total thicknesses ranging between 1...4 μ m, with high adherence to the sublayer, the normal critical forces upon the adhesion scratch test being of 10...40 N, with micro-hardness ranging between 8...34 GPa, the quantity of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva being lower than 40 μ g/cm, the corrosion rates being less than 8x10mm/year, and the cell viability factor being higher than 80% upon the cytotoxicity test.

Description

Invenția se referă la un material tip monostrat sau multistrat, din straturi subțiri biocompatibile, rezistente la coroziune, aderente la suportul pe care au fost depuse, folosite pentru acoperirea aliajelor de titan din care sunt realizate implanturile dentare și dispozitivele biomedicale din domeniul stomatologiei.The invention relates to a monolayer or multilayer type material, from biocompatible thin layers, resistant to corrosion, adherent to the support they have been deposited, used to cover titanium alloys from which dental implants and biomedical devices in the field of dentistry are made.

în momentul de față sunt cunoscute materiale din care sunt realizate implanturile dentare, în special cele din titan și aliajele sale, din oțel inoxidabil austenitic și aliaje CoCr, însă majoritatea au o medie de utilizabilitateîn organism de aproximativ 10...15 ani. Cele mai mari probleme legate de degradarea implanturilor medicale sunt datorate apariției fenomenelor de oboseală, uzare și de respingere de către organism, din cauza reacțiilor citotoxice. în vederea creșterii timpului de viață a implanturilor, s-au folosit diverse tehnologii de îmbunătățire a calității suprafețelor prin tratamente termochimice sau depuneri de straturi subțiri.At present, materials from which dental implants are made are known, especially those made of titanium and its alloys, austenitic stainless steel and CoCr alloys, but most have an average usability in the body of about 10 ... 15 years. The major problems related to the degradation of medical implants are due to the appearance of fatigue, wear and rejection by the body due to cytotoxic reactions. In order to increase the life time of the implants, various technologies have been used to improve the quality of the surfaces through thermochemical treatments or thin layer deposition.

Este cunoscut un document de brevet: RO 123356 B1, care prezintă un material din straturi subțiri biocompatibile, tip Me1 Me2xON, cu x > 0, Me1 *Me2, O/N = 1 +4, Me1 = Ti sau Zr și Me2 = Al, și cantitatea de ioni eliberată în soluție corozivă Carter-Brugirard mai mică de 40 pg/cm2, cu o viteză de coroziune mai mică de 5x104 mm/an, și un factor de viabilitate celulară mai mare de 65% la testul de toxicitate.A patent document is known: RO 123356 B1, which presents a material from biocompatible thin layers, type Me1 Me2 x ON, with x> 0, Me1 * Me2, O / N = 1 +4, Me1 = Ti or Zr and Me2 = Al, and the amount of ion released in Carter-Brugirard corrosive solution less than 40 pg / cm 2 , with a corrosion rate of less than 5x10 4 mm / year, and a cell viability factor greater than 65% in the assay toxicity.

De asemenea, documentul US 5449954 A prezintă o structură multistrat, formată dintr-un strat de Ti depus pe un substrat semiconductor, un strat de TiON depus pe acesta, și un strat de TiN depus peste stratul de TiON, iar documentul EP 0594875 A1 prezintă o structură multistrat de acoperire a suprafeței unei scule metalice, compusă din: o acoperire primară de TiCN, o acoperire secundară de AI2O3 și o acoperire intermediară din TiC, TiCO sau TiCON.Also, US 5449954 A has a multilayer structure, consisting of a layer of Ti deposited on a semiconductor substrate, a layer of TiON deposited thereon, and a layer of TiN deposited over the layer of TiON, and document EP 0594875 A1 presents a multilayer structure to cover the surface of a metal tool, composed of: a primary TiCN coating, a secondary coating of AI 2 O 3 and an intermediate coating of TiC, TiCO or TiCON.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în obținerea unor straturi subțiri protectoare, pentru implanturi de titan, sub formă de materiale monostrat sau multistrat, cu proprietăți biocompatibile și bioactive, care să fie cât mai rezistente la coroziune și uzură, și care să prezinte o cantitate scăzută de ioni toxici eliberați în salivă, cu menținerea proprietăților mecanice ale acestora, astfel încât să rezulte o creștere a duratei de viață a implanturilor dentare din aliaje de Ti cu astfel de acoperiri.The technical problem solved by the invention consists in obtaining protective thin layers, for titanium implants, in the form of monolayer or multilayer materials, with biocompatible and bioactive properties, which are as resistant to corrosion and wear, and which have a low amount of toxic ions released in saliva, maintaining their mechanical properties, so as to result in an increase in the life span of dental implants from Ti alloys with such coatings.

Materialul monostrat conform invenției rezolvă această problemă tehnică prin aceea că materialul monostrat din oxinitrură a 1 -2 metale de tranziție are formula chimică generală tip Me1Me2xCyON, cu Me1 * Me2 și x, y > 0,cu Me1, Me2 = Ta, Ti sau Zr, Me2/Me1 < 2, O/N = 0,25-^-4, O/(C+N) = 0,25-5-4, o aderență ridicată la substrat, o grosime de maximum 4 pm, un raport: nemetale/metale = 0,8-5-3,3, microduritatea: 14-5-28 GPa, și prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter- Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai mică de 6x104 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 80% la testul de toxicitate.The monolayer material according to the invention solves this technical problem by the fact that the oxide nitride monolayer material of 1 -2 transition metals has the general chemical formula Me1Me2 x C y ON, with Me1 * Me2 and x, y> 0, with Me1, Me2 = Ta , Ti or Zr, Me2 / Me1 <2, O / N = 0.25 - ^ - 4, O / (C + N) = 0.25-5-4, a high adhesion to the substrate, a thickness of maximum 4 pm, a ratio: non-metals / metals = 0.8-5-3.3, micro-hardness: 14-5-28 GPa, and shows an amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C below 40 pg / cm 2 , a corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a cell viability factor greater than 80% in the toxicity test.

într-un exemplu particular de realizare, materialul monostrat are x = 0 și y * 0 sau y = 0 , x * 0 și 0,5 < Me2/Me1 < 2 , iar în alt exemplu de realizare, materialul are x = 0 și y =0.In a particular embodiment, the monolayer material has x = 0 and y * 0 or y = 0, x * 0 and 0.5 <Me2 / Me1 <2, and in another embodiment, the material has x = 0 and y = 0.

Materialul multistrat din oxinitruri ale unui metal de tranziție rezolvă problema tehnică menționată prin aceea că este realizat din perechi de straturi subțiri alternate, tip MeCyON cu y > 0, Me = Ta, Ti sau Zr, O/N = 0,25-5-4, O/(C+N) = 0,25-5-4, diferite din punct de vedere al compoziției, cu aderență ridicată la substrat, cu raportul: nemetale/metale = 0,8-5-3,3, grosimea perechilor de straturi: 5...400 nm, raportul grosimilor straturilor perechii: 0,25...4, grosimea totală: 1...4 pm, microduritatea: 16-5-34 GPa, și prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai mică de 6x10 4 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 82% la testul de toxicitate.The multilayer material of oxinitrides of a transition metal solves the mentioned technical problem by being made of pairs of alternating thin layers, type MeC y ON with y> 0, Me = Ta, Ti or Zr, O / N = 0.25- 5-4, O / (C + N) = 0.25-5-4, different in composition, with high adhesion to the substrate, with the ratio: non-metals / metals = 0.8-5-3.3 , the thickness of the layer pairs: 5 ... 400 nm, the ratio of the thickness of the layer layers: 0,25 ... 4, the total thickness: 1 ... 4 pm, the micro-hardness: 16-5-34 GPa, and shows an amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C less than 40 pg / cm 2 , corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a cell viability factor greater than 82% to the toxicity test.

într-un exemplu particular de realizare, materialul multistrat arey = 0 și microduritatea de 16-5-26 Gpa, iar în alt exemplu de realizare, are y * 0 și microduritatea de 18-5-34 GPa.In a particular embodiment, the multilayer material isy = 0 and the microhardness of 16-5-26 Gpa, and in another embodiment, it has y * 0 and the microhardness of 18-5-34 GPa.

RO 127022 Β1RO 127022 Β1

Proprietățile superioare ale materialelor mono- și multistrat biocompatibile și bio- 1 active, care fac obiectul invenției, sunt generate de rezistența acestora la acțiunea corozivă a fluidelor din salivă umană, de utilizarea în compoziția materialului de acoperire a unor ele- 3 mente care nu produc reacții adverse la eliberarea acestora în organismul uman. Comparativ cu monostraturile, în cazul multistraturilor are loc o scădere a tensiunilor mecanice dezvoltate 5 în materialul de acoperire, datorită alternării straturilor individuale din structura depunerii.The superior properties of biocompatible and bio-1 active mono-and multilayer materials, which are the subject of the invention, are generated by their resistance to the corrosive action of fluids in human saliva, by the use in the composition of the coating material of 3 non-producing elements. adverse reactions to their release into the human body. Compared to the monostructures, in the case of the multilayers a decrease of the mechanical stresses developed 5 in the coating material occurs, due to the alternation of the individual layers in the deposit structure.

Mono- și multistraturile biocompatibile pentru acoperirea implanturilor dentare și a dis- 7 pozitivelor biomedicale din stomatologie din aliaje de titan, conform invenției, prezintă următoarele avantaje: 9The biocompatible mono- and multilayers for coating dental implants and biomedical devices in dentistry from titanium alloys, according to the invention, have the following advantages: 9

- aderență ridicată la substrat ( >12 N);- high adhesion to the substrate (> 12 N);

- microduritate ridicată (>8 GPa); 11- high micro-hardness (> 8 GPa); 11

- rugozitate scăzută (Ra < 0,05 pm);- low roughness (R a <0.05 pm);

- viteză mică de coroziune sub acțiunea agenților corozivi care se găsesc în corpul 13 uman (< 8 x 104 mm/an);- low corrosion rate under the action of corrosive agents found in the human body (<8 x 10 4 mm / year);

- cantitate scăzută de ioni eliberați în salivă artificială Carter-Brugirard (<40 pg/cm2); 15- low amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva (<40 pg / cm 2 ); 15

- coeficient de frecare scăzut (<0,4).- low coefficient of friction (<0.4).

Invenția este prezentată pe larg în continuare. 17 în vederea creșterii rezistenței la coroziune și a scăderii concentrației de metal eliberată din aliajele de Ti, au fost utilizate diverse metode de îmbunătățire a calității suprafețelor 19 prin tratamente termochimice sau depuneri de straturi subțiri, astfel încât proprietățile mecanice ale aliajului de bază să nu fie afectate. 21The invention is further described below. 17 in order to increase the corrosion resistance and decrease the metal concentration released from Ti alloys, various methods have been used to improve the quality of the surfaces 19 through thermochemical treatments or thin layer deposition, so that the mechanical properties of the base alloy are not affected. 21

Ca material monostratdin oxinitruri ale 1-2 metale de tranziție, pentru acoperirea unor implanturi de titan, pentru invenția propusă s-a utilizat un material cu formula generală: 23As a monostratine material oxinitrides of 1-2 transition metals, for coating titanium implants, a material of general formula was used for the proposed invention: 23

Me1Me2xCyON, cu Me1 * Me2 și x, y > 0, Me1, Me2 = Ta, Ti sau Zr, Me2/Me1 < 2, O/N = = 0,25-5-4, O/(C+N) = 0,25-5-4, raportul: nemetale/metale = 0,8-5-3,3, microduritatea: 25Me1Me2 x C y ON, with Me1 * Me2 and x, y> 0, Me1, Me2 = Ta, Ti or Zr, Me2 / Me1 <2, O / N = = 0.25-5-4, O / (C + N) = 0.25-5-4, ratio: non-metals / metals = 0.8-5-3.3, micro-hardness: 25

14-5-28 GPa, și care prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai 27 mică de 6x10 4 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 80% la testul de toxicitate. 2914-5-28 GPa, and having an amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C lower than 40 pg / cm 2 , a corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a cell viability factor greater than 80% in the toxicity test. 29

Când x, y * 0, materialul monostrat de acoperire este de tip carbo-oxinitrură a unei combinații de două metale de tranziție: TaTiCON, TaZrCON sau TiZrCON. 31 într-un exemplu particular de realizare, materialul monostrat are x = 0 și y * 0, și este de tip carbo-oxinitrură: TaCON, TiCON sau ZrCON. 33When x, y * 0, the monolayer coating material is a carboxy-oxide type of a combination of two transition metals: TaTiCON, TaZrCON or TiZrCON. 31 In a particular embodiment, the monolayer material has x = 0 and y * 0, and is of the carbo-oxinitride type: TaCON, TiCON or ZrCON. 33

Materialul monostrat de carbo-oxinitrură a 1-2 metale de tranziție, conform invenției, este realizat din strat subțire de TaCON, TiCON, ZrCON, TaTiCON, TaZrCON și TiZrCON, 35 cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Straturile subțiri de TaCON, TiCON, ZrCON, TaTiCON, TaZrCON și TiZrCON prezintă rapoarte ale concentrațiilor elementale ale 37 nemetalelor O/N și O/(C+N) cuprinse între 0,25 și 4, un raport al concentrațiilor elementale ale metalelor cuprins între 0,5 și 2, și un raport al concentrațiilor elementale ale nemetalelor 39 și metalelor cuprins între 0,8 și 3,3. Materialul monostrat este aderent la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (scratch test)fiind de 16...28 N. Materialul 41 monostrat de carbo-oxinitruri are microdurități cuprinse în intervalul 16...30 GPa. Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este <35 pg/cm2, încadrându-se 43 (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil.The monolayer carbo-oxinitride material of 1-2 transition metals, according to the invention, is made of thin layer of TaCON, TiCON, ZrCON, TaTiCON, TaZrCON and TiZrCON, 35 with total thicknesses between 1 and 4 pm. The thin layers of TaCON, TiCON, ZrCON, TaTiCON, TaZrCON and TiZrCON show ratios of elemental concentrations of 37 non-metals O / N and O / (C + N) between 0.25 and 4, a ratio of elemental concentrations of metals between 0.5 and 2, and a ratio of elemental concentrations of non-metals 39 and metals between 0.8 and 3.3. The monolayer material is adherent to the substrate, the normal forces critical to the scratch test being 16 ... 28 N. The 41 monolayer carbo-oxynitride material has micro-hardnesses in the range 16 ... 30 GPa. The amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is <35 pg / cm 2 , falling 43 (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class.

Materialul monostrat de carbo-oxinitruri, conform invenției, prezintă o viteză de 45 coroziune mai mică de 6 x 104 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 80% la testul de citotoxicitate. 47The monolayer carbo-oxinitride material according to the invention has a corrosion rate of less than 6 x 10 4 mm / year and a cell viability factor of more than 80% in the cytotoxicity test. 47

RO 127022 Β1 în alt exemplu de realizare, materialul monostrat are y = 0, x* 0 și 0,5 < Me2/Me1 < 2, și este de tip oxinitrură a unei combinații de două metale de tranziție: TaTiON, TaZrON, TiZrON, iar în alt exemplu particular de realizare, materialul monostrat are x = 0 și y =0 și este de tip oxinitrură a unui metal de tranziție: TaON, TiON sau ZrON.In another embodiment, the monolayer material has y = 0, x * 0 and 0.5 <Me2 / Me1 <2, and is of the oxynitride type of a combination of two transition metals: TaTiON, TaZrON, TiZrON, and in another particular embodiment, the monolayer material has x = 0 and y = 0 and is oxinitride of a transition metal: TaON, TiON or ZrON.

Materialul monostrat de oxinitruri ale metalelor de tranziție, conform invenției, este realizat din straturi subțiri de TaON, TiON, ZrON, TaTiON, TaZrON sau TiZrON, cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Materialul monostrat de oxinitruri prezintă un raportai concentrațiilor elementale ale nemetalelorO/N cuprins între 0,25 și 4, un raportai concentrațiilor elementale ale metalelor cuprins între 0,5 și 2, și un raport al concentrațiilor elementale ale nemetalelor și metalelor cuprins între 0,8 și 3,3. Materialul monostrat de oxinitruri este aderent la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind de 12...30 N. Materialul monostrat de oxinitruri are microdurități cuprinse în intervalulThe monolayer oxinitrile material of the transition metals, according to the invention, is made of thin layers of TaON, TiON, ZrON, TaTiON, TaZrON or TiZrON, with total thicknesses between 1 and 4 pm. The oxinitride monolayer material has a ratio of elemental concentrations of nonmetalsO / N between 0.25 and 4, a ratio of elemental concentrations of metals between 0.5 and 2, and a ratio of elemental concentrations of nonmetals and metals between 0.8 and 3.3. The monolayer oxinitrate material is adherent to the substrate, the normal critical forces in the scratch test being 12 ... 30 N. The monolayer oxinitride material has microdructures within the range

10...24 GPa. Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este <40 pg/cm, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil. Materialul monostrat de oxinitruri prezintă o viteză de coroziune <8 x 104 mm/an și un factor de viabilitate celulară >80% la testul de citotoxicitate.10 ... 24 GPa. The amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is <40 pg / cm, falling (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class. The monolayer oxinitrate material has a corrosion rate <8 x 10 4 mm / year and a cell viability factor> 80% in the cytotoxicity test.

Ca material multistrat din oxinitruri ale unui metal de tranziție, de acoperire a unor implanturi de titan, pentru invenția propusă, s-a utilizat un material realizat din perechi de straturi subțiri alternate, tip MeCyON, cu y > 0, diferite din punct de vedere al compoziției, cu: Me = Ta, Ti sau Zr, O/N = 0,25 4, O/(C+N) = 0,25 4, raportul nemetale/metale = 0,8-5-3,3, grosimea perechilor de straturi: 5-5-400 nm, raportul grosimilor straturilor perechii: 0,25-5-4, grosimea totală: 1-5-4 pm, microduritatea: 16-5-34 GPa, și care prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai mică de 6x10 4 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 82% la testul de toxicitate.As a multilayer material from oxinitrides of a transition metal, to cover titanium implants, for the proposed invention, a material made of pairs of alternate thin layers, MeC y ON type, with y> 0, different from the point of view was used. of the composition, with: Me = Ta, Ti or Zr, O / N = 0.25 4, O / (C + N) = 0.25 4, the non-metal / metal ratio = 0.8-5-3.3, thickness of layer pairs: 5-5-400 nm, ratio of thicknesses of layer layers: 0.25-5-4, total thickness: 1-5-4 pm, micro-hardness: 16-5-34 GPa, and having an amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C less than 40 pg / cm 2 , corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a cell viability factor greater than 82% to the toxicity test.

Când y * 0, materialul multistrat este format din straturi de carboxinitruri ale unui metal de tranziție: TaCON, TiCON sau ZrCON.When y * 0, the multilayer material is composed of carboxynitrile layers of a transition metal: TaCON, TiCON or ZrCON.

într-un exemplu particular de realizare, materialul multistrat, conform invenției, are y = 0, și microduritatea de 16-5-26 GPa, este format din straturi de oxinitruri ale unui metal de tranziție: TaON, TiON sau ZrON, și are microduritatea de 18-5-34 GPa.In a particular embodiment, the multilayer material, according to the invention, has y = 0, and the micro-hardness of 16-5-26 GPa, is composed of oxinitrile layers of a transition metal: TaON, TiON or ZrON, and has micro-hardness from 18-5-34 GPa.

Materialul multistrat de oxinitruri, conform invenției, este realizat din straturi subțiri individuale alternate, fie de TaON și TiON, fie de TaON și ZrON, fie de TiON și ZrON, cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Grosimile perechilor de straturi subțiri sunt cuprinse între 5 și 400 nm, având raportul grosimilor straturilor individuale de (TaON)/(TiON) sau de (TaON)/(ZrON) sau de (TiON)/(ZrON) cuprins între 0,25 și 4. Stoichiometria straturilor subțiri alternate de TaON, TiON și ZrON este aceeași cu cea a monostraturilor corespunzătoare de TaON, TiON și, respectiv, ZrON.The multilayer oxinitrile material according to the invention is made of alternating individual thin layers, either of TaON and TiON, or of TaON and ZrON, or of TiON and ZrON, with total thicknesses between 1 and 4 pm. The thicknesses of the pairs of thin layers are between 5 and 400 nm, having the ratio of the thicknesses of the individual layers of (TaON) / (TiON) or (TaON) / (ZrON) or of (TiON) / (ZrON) between 0.25 and 4. The stoichiometry of the alternating thin layers of TaON, TiON and ZrON is the same as that of the corresponding monolayers of TaON, TiON and ZrON, respectively.

Materialul multistrat prezintă aderență ridicată la substrat, forțele normale critice la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind de 16...35 N. Materialul multistrat are microduritatea cuprinsă în intervalul 16...26 GPa. Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este <25 pg/cm, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil.The multilayer material has high adhesion to the substrate, the normal forces critical to the scratch test being 16 ... 35 N. The multilayer material has a micro-hardness in the range 16 ... 26 GPa. The quantity of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is <25 pg / cm, falling (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class.

Materialul multistrat de oxinitruri prezintă o viteză de coroziune <6 x 104 mm/an și un factor de viabilitate celulară >82% la testul de citotoxicitate.The oxy-nitride multilayer material has a corrosion rate <6 x 10 4 mm / year and a cell viability factor> 82% in the cytotoxicity test.

Materialul multistrat de carbo-oxinitruri, conform invenției, este realizat din straturi subțiri individuale alternate, fie de TaCON și TiCON, fie de TaCON și ZrCON, fie de TiCON și ZrCON, cu grosimi totale cuprinse între 1 și 4 pm. Grosimile perechilor de straturi subțiri sunt cuprinse între 5 și 400 nm, având raportul grosimilor straturilor individuale de (TaCON)/(TiCON) sau de (TaCON)/(ZrCON) sau de (TiCON)/(ZrCON) cuprins între 0,25 șiThe multilayer material of carbo-oxynitrides, according to the invention, is made of alternating individual thin layers, either of TaCON and TiCON, or of TaCON and ZrCON, or of TiCON and ZrCON, with total thicknesses between 1 and 4 pm. The thicknesses of the pairs of thin layers are between 5 and 400 nm, having the ratio of the thicknesses of the individual layers of (TaCON) / (TiCON) or (TaCON) / (ZrCON) or (TiCON) / (ZrCON) between 0.25 and

4. Stoichiometria straturilor subțiri alternate de TaCON, TiCON și ZrCON este aceeași cu cea a monostraturilor corespunzătoare de TaCON, TiCON și, respectiv, ZrCON.4. The stoichiometry of the alternating thin layers of TaCON, TiCON and ZrCON is the same as that of the corresponding monolayers of TaCON, TiCON and ZrCON, respectively.

RO 127022 Β1RO 127022 Β1

Materialul multistrat prezintă aderență ridicată la substrat, forțele normale critice la 1 testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind de 20...40 N.The multilayer material has high adhesion to the substrate, the normal critical forces at 1 scratch test being 20 ... 40 N.

Materialul multistrat are microdurități cuprinse în intervalul 18...34 GPa. Cantitatea 3 de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C este sub 15 pg/cm2, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil. 5The multilayer material has micro-hardities in the range 18 ... 34 GPa. The quantity of 3 ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C is below 15 pg / cm 2 , falling (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class. 5

Materialul multistrat prezintă o viteză de coroziune mai mică de 4 x 104 mm/an. Materialul multistrat de carbo-oxinitruri prezintă un factor de viabilitate celulară de peste 82% 7 la testul de citotoxicitate.The multilayer material has a corrosion rate of less than 4 x 10 4 mm / year. The multilayer carboxy-oxide material has a cell viability factor of over 82% 7 in the cytotoxicity test.

Mono- și multistraturile din oxinitruri și carbo-oxinitruri, conform invenției, sunt 9 obținute printr-o metodă de tip depunere fizică din fază de vapori (pulverizare magnetron, arc catodic, placare ionică, evaporare activată) într-o plasmă reactivă. 11The mono- and multilayers of oxinitrides and carbo-oxinitrides, according to the invention, are obtained by a method of physical vapor deposition type (magnetron sputtering, cathodic arc, ionic coating, activated evaporation) in a reactive plasma. 11

Sunt prezentate în continuare două exemple particulare de realizare a invenției.Two particular examples of embodiments of the invention are presented below.

Un exemplu de realizare a unui multistrat din oxinitruri este cel constituit din straturi 13 alternate de TaON, cu rapoartele O/N = 0,85 și (O+N)/Ta = 1,1, și de TiON, cu rapoartele O/N = 0,90 și (O+N)/Ti = 1,1. Multistratul are o grosime totală de 2,6 pm, având grosimea 15 unei perechi TaON/TiON de 60 nm, cu raportul grosimilor straturilor individuale (TaON)/(TiON) = 2,1. Multistratul prezintă aderență ridicată la substrat, forța normală critică 17 la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) fiind de 34 N. Multistratul are microduritate de 26 GPa. Multistratul prezintă viteze de coroziune de aproximativ 6 x 10 4 mm/an în salivă 19 artificială Carter-Brugirard la 37°C, încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil. Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard este de 21 aproximativ 20 pg/cm2. Multistratul de oxinitruri prezintă un factor de viabilitate celulară de 84% la testul de citotoxicitate. 23An example of making an oxynitrile multilayer is the one consisting of 13 layers alternating with TaON, with the ratios O / N = 0.85 and (O + N) / Ta = 1.1, and with TiON, with the reports O / N = 0.90 and (O + N) / Ti = 1.1. The multilayer has a total thickness of 2.6 µm, with thickness 15 of a TaON / TiON pair of 60 nm, with the ratio of the thicknesses of the individual layers (TaON) / (TiON) = 2.1. The multilayer has a high adhesion to the substrate, the critical normal force 17 in the scratch test is 34 N. The multilayer has a micro-hardness of 26 GPa. The multilayer exhibits corrosion rates of approximately 6 x 10 4 mm / year in Carter-Brugirard artificial saliva 19 at 37 ° C, falling (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class. The amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva is 21 approximately 20 pg / cm 2 . The oxynitride multilayer exhibits a cell viability factor of 84% in the cytotoxicity assay. 2. 3

Un exemplu de realizare a unui multistrat din carbo-oxinitruri este cel constituit din straturi alternate de TaCON, cu rapoartele O/N = 0,9, O/(C+N) = 1,1 și (C+O+N)/Ta = 1, și 25 de ZrCON, cu rapoartele O/N = 0,85, O/(C+N) = 1,2 și (C+O+N)/Zr =1,1. Multistratul are o grosime totală de 3,6 pm, având grosimea unei perechi TaCON/ZrCON de 40 nm, cu raportul 27 grosimilor straturilor individuale (TaCON)/(ZrCON) de 1,4. Multistratul prezintă aderență ridicată la substrat, forța normală critică la testul de aderență prin zgâriere (scratch test) 29 fiind de 38 N. Multistratul are microduritate de 34 GPa. Multistratul prezintă viteze de coroziune de aproximativ 2 x 104 mm/an în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C, 31 încadrându-se (conform ISO 8044) în clasa de rezistență perfect stabil.An example of the realization of a multilayer carbo-oxynitride is the one made of alternating layers of TaCON, with the ratios O / N = 0.9, O / (C + N) = 1.1 and (C + O + N) / Ta = 1, and 25 of ZrCON, with the ratios O / N = 0.85, O / (C + N) = 1.2 and (C + O + N) / Zr = 1.1. The multilayer has a total thickness of 3.6 µm, with the thickness of a TaCON / ZrCON pair of 40 nm, with the ratio of 27 thicknesses of the individual layers (TaCON) / (ZrCON) of 1.4. The multilayer shows high adhesion to the substrate, the normal critical force in the scratch test 29 being 38 N. The multilayer has a micro-hardness of 34 GPa. The multilayer exhibits corrosion rates of approximately 2 x 10 4 mm / year in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C, 31 falling (according to ISO 8044) in the perfectly stable resistance class.

Cantitatea de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard este de aproximativ 33 10 pg/cm2. Multistratul de carbo-oxinitruri prezintă un factor de viabilitate celulară de 86% la testul de citotoxicitate. 35The amount of ion released in Carter-Brugirard artificial saliva is approximately 33 10 pg / cm 2 . The carbo-oxynitride multilayer has an 86% cell viability factor in the cytotoxicity assay. 35

Mono- și multistraturile sunt obținute într-o plasmă reactivă ce conține atomi și ioni de tantal, titan, zirconiu, oxigen, carbon și azot, la presiuni cuprinse între 1x103 și 101 Pa, 37 la temperaturi ale aliajului de Ti pe care se face depunerea cuprinse între 80° și 350°C, ceea ce nu determină modificări structurale ale acestuia, timpul de depunere fiind cuprins în 39 intervalul dintre 60 și 240 min.Mono- and multilayers are obtained in a reactive plasma containing atoms and ions of tantalum, titanium, zirconium, oxygen, carbon and nitrogen, at pressures between 1x10 3 and 10 1 Pa, 37 at temperatures of Ti alloy. makes the deposit between 80 ° and 350 ° C, which does not determine its structural changes, the deposition time being between 39 and 60 minutes.

Claims (7)

1. Material monostrat din oxinitrură a unui metal de tranziție, tip Me1Me2xCyON, cu Me1 *Me2 și x, y > 0, având aderență ridicată la substrat și grosime de maximum 4 pm, caracterizat prin aceea că are Me1, Me2 = Ta, Ti sau Zr, Me2/Me1 < 2, O/N = 0,25-5-4, O/(C+N) = 0,25-5-4, raportul nemetale/metale = 0,8-5-3,3, microduritatea 14-5-28 GPa, și prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai mică de 6x104 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 80% la testul de toxicitate.1. Oxygen nitride monolayer material of a transition metal, type Me1Me2 x C y ON, with Me1 * Me2 and x, y> 0, having a high adhesion to the substrate and a thickness of maximum 4 pm, characterized in that it has Me1, Me2 = Ta, Ti or Zr, Me2 / Me1 <2, O / N = 0.25-5-4, O / (C + N) = 0.25-5-4, non-metal / metal ratio = 0.8- 5-3,3, micro-hardness 14-5-28 GPa, and shows an amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C below 40 pg / cm 2 , corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a cell viability factor greater than 80% in the toxicity test. 2. Material monostrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că are x = 0 și y * 0.Monolayer material according to claim 1, characterized in that it has x = 0 and y * 0. 3. Material monostrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că are y = 0, x * 0 și 0,5 < Me2/Me1 < 2.The monolayer material according to claim 1, characterized in that it has y = 0, x * 0 and 0.5 <Me2 / Me1 <2. 4. Material monostrat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că are x = 0 și y = 0;The monolayer material according to claim 1, characterized in that it has x = 0 and y = 0; 5. Material multistrat din oxinitruri ale unui metal de tranziție, realizat din perechi de straturi subțiri alternate, tip MeCyON cu y > 0, diferite din punct de vedere al compoziției, cu aderență ridicată la substrat și grosime totală de maximum 4 pm, caracterizat prin aceea că are caracteristicile: Me = Ta, Ti sau Zr, O/N = 0,25 -5- 4, O/(C+N) = 0,25-5-4, raportul nemetale/metale = 0,8-5-3,3, grosimea perechilor de straturi: 5...400 nm, raportul grosimilor straturilor perechii: 0,25-5-4, grosimea totală: 1-5-4 pm, microduritatea: 16-5-34 GPa, și prezintă o cantitate de ioni eliberată în salivă artificială Carter-Brugirard la 37°C mai mică de 40 pg/cm2, o viteză de coroziune în salivă artificială Carter-Brugirard mai mică de 6x10 4 mm/an și un factor de viabilitate celulară mai mare de 82% la testul de toxicitate.5. Multilayer material of oxynitrides of a transition metal, made of pairs of alternating thin layers, MeC y ON type with y> 0, different in composition, with high adhesion to the substrate and a total thickness of maximum 4 pm, characterized by having the characteristics: Me = Ta, Ti or Zr, O / N = 0.25 -5-4, O / (C + N) = 0.25-5-4, the non-metal / metal ratio = 0, 8-5-3.3, thickness of layers pairs: 5 ... 400 nm, ratio of thicknesses of layers: 0.25-5-4, total thickness: 1-5-4 pm, micro-hardness: 16-5-34 GPa, and shows an amount of ions released in Carter-Brugirard artificial saliva at 37 ° C less than 40 pg / cm 2 , a corrosion rate in Carter-Brugirard artificial saliva less than 6x10 4 mm / year and a factor of cell viability greater than 82% in the toxicity assay. 6. Material multistrat, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că are y=0 și microduritatea de 16-5-26 GPa.Multilayer material according to claim 5, characterized in that it has y = 0 and the micro-hardness of 16-5-26 GPa. 7. Material multistrat, conform revendicării 5, caracterizat prin aceea că are y*0, și microduritatea de 18-5-34 GPa.7. Multilayer material according to claim 5, characterized in that it has y * 0, and the micro-hardness of 18-5-34 GPa.
ROA201000020A 2010-01-14 2010-01-14 Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants RO127022B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201500776A RO131792B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of bio-compatible oxidic thin layers for coating dental implants of titanium alloys
ROA201000020A RO127022B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201000020A RO127022B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO127022A2 RO127022A2 (en) 2012-01-30
RO127022B1 true RO127022B1 (en) 2017-11-29

Family

ID=45509912

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201500776A RO131792B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of bio-compatible oxidic thin layers for coating dental implants of titanium alloys
ROA201000020A RO127022B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201500776A RO131792B1 (en) 2010-01-14 2010-01-14 Material made of bio-compatible oxidic thin layers for coating dental implants of titanium alloys

Country Status (1)

Country Link
RO (2) RO131792B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105908136A (en) * 2016-06-12 2016-08-31 沈阳大学 Preparation method for modified metallic nitrogen-oxygen titanium-zirconium composite film on surface of nickel-titanium root canal file
CN113425913B (en) * 2021-06-17 2022-11-08 江阴市人民医院 Functional appliance for thoracic surgery

Also Published As

Publication number Publication date
RO131792B1 (en) 2021-04-29
RO127022A2 (en) 2012-01-30
RO131792A2 (en) 2017-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ananthakumar et al. Electrochemical corrosion and materials properties of reactively sputtered TiN/TiAlN multilayer coatings
US7393589B2 (en) Dual layer diffusion bonded chemical vapor coating for medical implants
JP2014088024A (en) Substrate coated with layer structure having tetrahedral carbon layer and soft outer layer
Ribeiro et al. Are new TiNbZr alloys potential substitutes of the Ti6Al4V alloy for dental applications? An electrochemical corrosion study
Bahi et al. Surface performances of Ti-6Al-4V substrates coated PVD multilayered films in biological environments
EP2204198B1 (en) Designed surfaces for use in medical implants or instruments
Liu et al. Improved corrosion resistance and antibacterial properties of composite arch-wires by N-doped TiO 2 coating
Kaliaraj et al. Studies of calcium-precipitating oral bacterial adhesion on TiN, TiO 2 single layer, and TiN/TiO 2 multilayer-coated 316L SS
Mansoor et al. Tribological properties of different types of coating materials deposited by cathodic arc-evaporation method on Ni-Cr dental alloy
CN103649363B (en) Method for improving the wear resistance of dyed surgical instruments
Thangavel et al. RF magnetron sputtering mediated NiTi/Ag coating on Ti-alloy substrate with enhanced biocompatibility and durability
WO2014195768A1 (en) Biocompatible multilayer-thin-film-type coating as a surface treatment for biomedical substrates, and method for the production thereof
Bai et al. Effects of hydrothermal treatment on physicochemical and anticorrosion properties of titanium nitride coating on pure titanium
Yu et al. Influence of Ag concentration on microstructure, mechanical properties and cytocompatibility of nanoscale Ti-Ag-N/Ag multilayers
RO127022B1 (en) Material made of transition-metal oxynitrides for coating dental implants
JP4475458B2 (en) Dental article and method for producing the same
Çelik Influence of CrN coating on electrochemical behavior of plasma nitrided pure titanium in bio-simulated environment
RO130173A2 (en) Biocompatible materials based on high-entropy alloy carbides, for coating mobile couplings of articular endoprostheses and medical instruments
RO127411B1 (en) Biocompatible thin film materials for covering metal dental implants
Asghar et al. Synthesis of biocompatible coating on Ni-Cr alloy by cathodic cage plasma processing technique as anti-pathogenic bacteria for medicinal applications
RO127024A2 (en) Carbonitride thin layer materials for biomedical applications
RO123356B1 (en) Biocompatible thin-layer materials for coating niti and nitinb shape-memory alloys
Ripoll et al. Tribocorrosion of hard coatings and thin films
RO128758A2 (en) Thin bio-active layers for coating orthopedic implants
Maya et al. Microstructural and tribological properties of TiO2/Ag multilayer coatings using magnetron sputtering technique for potential applications in non-permanent implants