RU2645234C1 - Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана - Google Patents
Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645234C1 RU2645234C1 RU2016148839A RU2016148839A RU2645234C1 RU 2645234 C1 RU2645234 C1 RU 2645234C1 RU 2016148839 A RU2016148839 A RU 2016148839A RU 2016148839 A RU2016148839 A RU 2016148839A RU 2645234 C1 RU2645234 C1 RU 2645234C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- powdered
- minutes
- water
- oxide coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении имплантатов, катализаторов и фильтрующих элементов. Способ включает обработку изделий из порошкового губчатого титана в ультразвуковой ванне последовательно в этаноле и воде по 10-12 минут, затем сушку при 90°C и анодирование во фторсодержащем растворе серной кислоты в течение 30-60 минут с последующей отмывкой в воде и сушкой при 90°C. Технический результат: увеличение удельной поверхности изделия, придание поверхности изделия гидрофильных свойств, при этом способ не требует привлечения сложного оборудования и больших энергозатрат. 2 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к электрохимической обработке изделий из титана для увеличения его удельной поверхности и расширения функциональных свойств изделий из титана.
В последние годы изделия из порошкового губчатого титана получили широкое распространение в качестве фильтрующих элементов, носителей катализаторов, имплантатов благодаря своим уникальным свойствам - высокой пористости, большой удельной поверхности, стабильному бактерицидному эффекту, биоцидному действию на микроорганизмы и простейшие в водных средах, остеоинтеграции [1]. Модификация поверхности порошкового губчатого титана позволяет расширить функциональность изделий из него.
Известны способы создания изделий из порошка губчатого титана, удельная поверхность которых зависит от размеров и формы порошинок и может составлять (0.2-2.5)⋅106 м2/м3 [2]. Поверхность губчатых порошинок покрыта тонким - 80-100 нм - слоем нативной оксидной пленки, которая предотвращает его дальнейшее окисление. Однако тонкая нативная пленка повторяет рельеф поверхности порошинок без изменения удельной поверхности. Гидрофобность поверхности ухудшает однородность контакта при использовании изделий из порошка губчатого титана, в частности, в качестве имплантатов.
Известен способ модификации поверхности титана и его сплавов для использования в качестве имплантатов, в котором на металл наносят слой кальций-фосфатного покрытия, содержащего дополнительно титанат кальция и пирофосфат титана [3]. Способ выполняется импульсным анодированием титана и титановых сплавов в растворе гидрооксиапатита в ортофосфорной кислоте. Электроимпульсная обработка проводится при высоких плотностях тока - 0,2-0,25 А/мм2, напряжение анодирования достигает 300 В. Однако способ требует привлечения специального оборудования и достаточно энергозатратен. Кроме того, известно, что через несколько лет гидрооксиапатиты полностью переходят в костную ткань, отслаиваясь от металлической поверхности [4].
Известен способ получения композиционного материала на изделиях из монолитного титана или его сплава, используемых в имплантатах, в котором на поверхности титана или его сплава с предварительно механически нанесенной сетью канавок формируют слой порошка титана прессованием под давлением с последующей вакуумной диффузионной сваркой [5]. Затем осуществляют плазменное осаждение углеродного алмазоподобного покрытия толщиной 0,05-1 мкм и твердостью 70-80 ГПа. Предложенный способ позволяет сформировать пористый слой с порами размером ~100 мкм, что облегчает приживаемость имплантатов. Способ достаточно сложен, требует привлечения вакуумной техники, дополнительного нанесения слоя алмазоподобного покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому способу формирования покрытия поверхности на титане выбран способ получения покрытия на имплантатах, в котором в качестве основы применяют компакт гранул титана губчатого, а покрытие толщиной 20-50 нм выполнено из алмазоподобного нанокомпозита CNх, где 0<x<0.4, который и принят в качестве прототипа [5]. Компакт гранул титана губчатого имеет поры размером 150-250 мкм для врастания костной ткани и дополнительные поры размером 2-5 мкм для циркуляции внеклеточной жидкости. Сложность формирования покрытия состоит в плазменном нанесении алмазоподобного покрытия. Алмазоподобное покрытие толщиной 20-50 нм повторяет рельеф поверхности компакт гранул без изменения их удельной поверхности.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в том, что оно обеспечивает создание на поверхности изделий из порошкового губчатого титана покрытия, состоящего из пористого анодного оксида титана, увеличивающего удельную поверхность в 8.5-10 раз и изменяющего состояние поверхности от гидрофобной до гидрофильной, что перспективно для изготовления имплантатов, фильтрующих элементов и носителей катализаторов.
Технический результат достигается тем, что изделия, сформированные из порошкового губчатого титана, обрабатывают в ультразвуковой ванне последовательно в этаноле и воде по 10-12 минут, затем сушат при 90°C и анодируют во фторсодержащем растворе серной кислоты в течение 30-60 минут с последующей отмывкой в воде и сушкой при 90°C.
Способ включает в себя подготовку поверхности (ультразвуковую обработку в этаноле и воде с последующей сушкой при 90°C) и анодирование во фторсодержащем растворе серной кислоты при комнатной температуре в течение 30-60 минут. Затем детали моют и высушивают при 90°C.
В результате такой обработки на поверхности порошинок губчатого титана формируется пористый слой анодного оксида толщиной ~500 нм, диаметром пор 40-60 нм и концентрацией ~1013 м-2. При таких параметрах процесса удельная поверхность сформированного оксида увеличивается в 8.5-10 раз.
Предлагаемое техническое решение поясняется примерами.
Пример 1. Морфология поверхности образцов изучалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) с помощью сканирующего зондового микроскопа «Солвер некст». На фиг. 1 представлены снимки поверхности изделия из порошкового губчатого титана до (а) и после анодирования во фторсодержащем растворе серной кислоты в течение 60 минут (б). На снимке (а) видна развитая поверхность порошинки губчатого титана до анодирования. Морфоструктура поверхностного слоя в пределах одной микрочастицы является достаточно однородной с небольшим количеством выступающих частиц с линейными размерами в диапазоне от 20 до 60 нм. После анодирования на поверхности микрочастиц формируется анодный оксид пористого типа с регулярно расположенными порами. По микроскопическим изображениям на фиг. 1б установлено, что сформированная анодно-оксидная пленка характеризуется диаметром пор в диапазоне от 40 до 80 нм и плотностью расположения пор порядка 1013 пор/м2. Толщина оксида составляет ~500 нм. В результате удельная поверхность (с учетом пористой структуры) увеличивается примерно в 9 раз.
Пример 2. Для контроля смачиваемости применялся метод лежащей капли, основанный на измерении краевого угла смачивания поверхности образцов с использованием программ VistaMetrix Setup и FemtoScan Online VV. На фиг. 2 приведен снимок капли воды на поверхности неанодированного образца порошкового губчатого титана. Поверхность демонстрирует гидрофобность с углом смачивания ≥120°. После формирования на поверхности пористого анодного оксида по Примеру 1 поверхность становится супергидрофильной с углом смачивания ~0° - капля воды моментально впитывается в структуру анодированной детали. Сформированная пористая оксидная пленка обеспечивает идеальную смачиваемость поверхности изделий из порошкового губчатого титана, что весьма перспективно для изготовления имплантатов и применения его в качестве фильтрующих элементов, а также носителей катализаторов.
Таким образом, модификация поверхности изделий из порошкового губчатого титана анодированием во фторсодержащем электролите увеличивает удельную поверхность и меняет состояние поверхности от гидрофобной до гидрофильной, что позволяет расширить функциональность изделий из титана.
Источники информации
1. Модификация поверхности титановых имплантатов и ее влияние на их физико-химические и биомеханические параметры в биологических средах / В.В. Савич, Д.И. Сарока, М.Г. Киселев, В.М. Макаренко; под науч. ред. В.В. Савича. - Минск: Беларус. Навука, 2012. - 244 с. - ISBN 978-985-08-1379-4.
2. Савич В.В., Бобровская А.И., Тарайкович A.M., Беденко С.А. Микро- и наноструктура поверхности губчатых частиц порошка титана и ее влияние на свойства пористых материалов из них // Труды международной научно-технической конференции Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ' 2012), СПб.: Изд. Политехн. ун-та. - 2012. - С. 523-529.
3. Патент РФ №2291918. Кальций-фосфатное покрытие на титане и титановых сплавах и способ его нанесения. Заявка №2005116663/02, 31.05.2005. Дата начала отсчета срока действия патента: 31.05.2005. Опубликовано: 20.01.2007.
4. Lord, G.A. Erfahrungsbercht ueber 400 zementlose Huefttotaledoprothensen / G.A. Lord // Med. Ort. Technik. - 1980. - Vol. 100. S. 39-43.
5. Патент РФ №2579708. Способ получения композиционного материала из титана или его сплава. Дата подачи заявки: 26.08.2014. Дата публикации заявки: 20.03.2016. Опубликовано: 10.04.2016.
6. Патент РФ №90678. Имплантат из пористого материала на основе титана с покрытием. Заявка №2009133813/22. Дата начала отсчета срока действия патента: 08.09.2009. Опубликовано: 20.01.2010.
Claims (1)
- Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана методом анодирования, включающий обработку изделий из порошкового губчатого титана в ультразвуковой ванне последовательно в этаноле и воде по 10-12 минут, затем сушку при 90°C и анодирование во фторсодержащем растворе серной кислоты в течение 30-60 минут с последующей отмывкой в воде и сушкой при 90°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148839A RU2645234C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016148839A RU2645234C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645234C1 true RU2645234C1 (ru) | 2018-02-19 |
Family
ID=61227139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016148839A RU2645234C1 (ru) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645234C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Способ модификации поверхности титана |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509181C2 (ru) * | 2011-04-12 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАН-ОКСИД ПЛЮС" | Способ формирования пористого оксида на сплаве титан-алюминий |
CN103924279A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-16 | 北京工业大学 | 一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜制备的方法 |
RU2579708C2 (ru) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Способ получения композиционного материала из титана или его сплава |
RU2601904C2 (ru) * | 2015-03-25 | 2016-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАН-ОКСИД ПЛЮС" | Способ формирования кристаллического нанопористого оксида на сплаве титан-алюминий |
-
2016
- 2016-12-12 RU RU2016148839A patent/RU2645234C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2509181C2 (ru) * | 2011-04-12 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАН-ОКСИД ПЛЮС" | Способ формирования пористого оксида на сплаве титан-алюминий |
CN103924279A (zh) * | 2014-04-10 | 2014-07-16 | 北京工业大学 | 一种脉冲阳极氧化制备高度有序二氧化钛纳米管阵列薄膜制备的方法 |
RU2579708C2 (ru) * | 2014-08-26 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов им. М.Н.Михеева Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН) | Способ получения композиционного материала из титана или его сплава |
RU2601904C2 (ru) * | 2015-03-25 | 2016-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕЛАН-ОКСИД ПЛЮС" | Способ формирования кристаллического нанопористого оксида на сплаве титан-алюминий |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820625C1 (ru) * | 2023-10-23 | 2024-06-06 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Иркутский научный центр хирургии и травматологии" (ИНЦХТ) | Способ модификации поверхности титана |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mansoorianfar et al. | Preparation and characterization of TiO2 nanotube arrays on Ti6Al4V surface for enhancement of cell treatment | |
Simovic et al. | Controlled drug release from porous materials by plasma polymer deposition | |
Kodama et al. | Bioactivation of titanium surfaces using coatings of TiO2 nanotubes rapidly pre-loaded with synthetic hydroxyapatite | |
Duarte et al. | Growth of aluminum-free porous oxide layers on titanium and its alloys Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb by micro-arc oxidation | |
Kim et al. | Surface characteristics and bioactivity of an anodized titanium surface | |
Yan et al. | Microstructure and bioactivity of Ca, P and Sr doped TiO2 coating formed on porous titanium by micro-arc oxidation | |
Indira et al. | Corrosion behavior of electrochemically assembled nanoporous titania for biomedical applications | |
Chernozem et al. | Influence of anodization time and voltage on the parameters of TiO2 nanotubes | |
Marques et al. | Incorporation of Ca, P, and Si on bioactive coatings produced by plasma electrolytic oxidation: The role of electrolyte concentration and treatment duration | |
Lee et al. | Surface characteristics of hydroxyapatite films deposited on anodized titanium by an electrochemical method | |
Fan et al. | Preparation of bioactive TiO film on porous titanium by micro-arc oxidation | |
Uslu et al. | Fabrication and cellular interactions of nanoporous tantalum oxide | |
RU2509181C2 (ru) | Способ формирования пористого оксида на сплаве титан-алюминий | |
Li et al. | A super-hydrophilic coating with a macro/micro/nano triple hierarchical structure on titanium by two-step micro-arc oxidation treatment for biomedical applications | |
Lee et al. | Effect of HF/HNO3-treatment on the porous structure and cell penetrability of titanium (Ti) scaffold | |
Das et al. | Biocompatibility and in situ growth of TiO2 nanotubes on Ti using different electrolyte chemistry | |
CN111481738B (zh) | 一种生物活性多孔钽植入物制备方法 | |
Yamasaki et al. | Cell responses on Ni-free anodized layer of NiTi alloy with various surface morphologies | |
TWI532883B (zh) | 具有抗菌表面之鈦或鈦合金及其製作方法 | |
RU2645234C1 (ru) | Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана | |
KR20030031664A (ko) | 티타늄 금속 또는 티타늄 합금으로 구성된 임플란트의전기화학적 기능성 표면처리방법 | |
KR20070011200A (ko) | 나노 튜브 형상의 다공성 임플란트 표면 개질 기술 | |
Whangdee et al. | Effect of fluoride and hydroxyl group on bioactivity of the anodized films prepared by two‐step anodization at low current density | |
Wang et al. | Anodic TiO2 nanotubular arrays with pre-synthesized hydroxyapatite—an effective approach to enhance the biocompatibility of titanium | |
US20100198345A1 (en) | Calcium phosphate coated implantable medical devices, and electrophoretic deposition processes for making same |