RU2686093C1 - Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты - Google Patents

Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты Download PDF

Info

Publication number
RU2686093C1
RU2686093C1 RU2018123888A RU2018123888A RU2686093C1 RU 2686093 C1 RU2686093 C1 RU 2686093C1 RU 2018123888 A RU2018123888 A RU 2018123888A RU 2018123888 A RU2018123888 A RU 2018123888A RU 2686093 C1 RU2686093 C1 RU 2686093C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
niobium
titanium
coating
coatings
explosion
Prior art date
Application number
RU2018123888A
Other languages
English (en)
Inventor
Денис Анатольевич Романов
Original Assignee
Денис Анатольевич Романов
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 Денис Анатольевич Романов filed Critical Денис Анатольевич Романов
Priority to RU2018123888A priority Critical patent/RU2686093C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2686093C1 publication Critical patent/RU2686093C1/ru

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02Inorganic materials
    • A61L27/04Metals or alloys
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/26Anodisation of refractory metals or alloys based thereon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии инаправлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе ниобия. Способ включает электрический взрыв ниобиевой фольги массой 50-500 мг, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности титанового имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней биоинертного покрытия на основе ниобия. Предлагаемый способ позволяет сформировать поверхностный слой с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, расширяет область практического применения. Способ может быть использован в медицинской технике, в травматологии и ортопедии для нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия с высокой адгезией. 3 ил., 2 пр.

Description

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии, в частности, к технологии получения на поверхности титановых имплантатов, работающих в организме человека, покрытий на основе ниобия, которые могут быть использованы в области медицины с целью получения биосовместимых низкомодульных сплавов системы Ti-Nb.
Известно покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его нанесения (RU №2154463, МПК А61К 6/033, A61N 1/32, опубл. 20.08.2000), которое содержит оксид титана и дополнительно содержит кальций-фосфатные соединения, взятые в определенном количественном соотношении. Способ его нанесения заключается в анодировании титана и его сплавов импульсным током в условиях искрового разряда, при этом процесс ведут в насыщенном растворе гидроксиапатита в фосфорной кислоте концентрацией 5-20% или 3-5% суспензии гидроксиапатита дисперсностью менее 100 мкм в этом насыщенном растворе.
Недостатком данного способа является то, что его реализация не позволяет получать сплошные и прочные покрытия, а также покрытия толщиной более 30 мкм.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его приготовления (RU 2502526, МПК A61L 27/06, A61L 27/02, А61Е 2/02, опубл. 27.12.2013). Покрытие на имплант из титана и его сплавов состоит из двух слоев, первый слой состоит из оксидов титана, в основном TiO2, второй слой состоит из оксида алюминия гамма-модификации, общая толщина двухслойного покрытия составляет от 40 до 180 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид титана, в пересчете на TiO2 - 10-30; гамма-оксид алюминия - 70-90. Способ получения покрытия включает механическую обработку поверхности импланта, обезжиривание, термическую обработку для получения на поверхности импланта оксидов титана, последующее нанесение второго слоя. Обезжиривание ведут в растворе щелочи - КОН, NaOH, термическую обработку осуществляют в интервале температур 700-800°С с последующим получением двухслойного покрытия из оксида титана и оксида алюминия, при этом вначале наносят гидроксид алюминия в нагретом до 60-90°С растворе алюминатов щелочных металлов с последующей выдержкой в этом растворе до комнатной температуры, дальнейшей промывкой, сушкой и термической обработкой покрытия при температуре 500-600°С для получения вторичного покрытия из оксида алюминия.
Недостатком способа является низкая адгезия вторичного биоинертного или биосовместимого покрытия.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением является получение биоинертного или биосовместимого покрытия на основе ниобия на поверхности различных титановых имплантатов с высокой адгезией.
Существующая техническая проблема решается тем, что предложен способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты, включающий электрический взрыв ниобиевой фольги массой 50-500 мг, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности титанового имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней биоинертного покрытия на основе ниобия.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что, при электрическом взрыве ниобиевой фольги продукты разрушения образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности титановых имплантатов покрытия на основе ниобия. Электровзрывное напыление приводит к формированию в покрытии высокодисперсной и однородной структуры. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании поверхностного слоя с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, и расширяет область практического применения.
Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при электровзрывном напылении на титановых имплантатах путем электрического взрыва ниобиевой фольги при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м2 происходит формирование покрытия на основе ниобия (фиг. 3). Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 1,5-1,8 ГВт/м2, установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 1,5 ГВт/м2 не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из титана, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 1,8 ГВт/м2 происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы алюминиевой фольги менее 50 мг покрытие неоднородно распределяется на поверхности титанового имплантата. При значении массе ниобиевой фольги более 500 мг покрытие на основе ниобия на поверхностях титановых имплантатов обладает большим количеством дефектов. Граница электровзрывного покрытия с подложкой не является ровной, что позволяет увеличить адгезию покрытия с подложкой.
Значения микротвердости сформированных покрытий находятся в ин-тервале 88…100 кг/мм2. Нанотвердость измеряли с использованием системы Agilent U9820A Nano Indenter G200. Значения нанотвердости сформированных покрытий составляет 90 кгс/мм2. Модуль упругости сформированных покрытий составил 70 ГПа, предел прочности при растяжении 57 кг/мм2. Биологическая аттестация in vitro показала, что электровзрывные покрытия на основе ниобия покрытия на титановых подложках не оказывают цитотоксического действия, обладают высокой биоактивностью и проявляют анти-бактериальный эффект, что позволяет их рекомендовать для нанесения на имплантаты из биоинертных сплавов для остеосинтеза.
Способ поясняется рисунками, где: на фиг. 1 представлена структура поперечного сечения поверхностного слоя электровзрывного покрытия на основе ниобия на титане марки ВТ1-0; на фиг. 2 - структура поперечного сечения границы между покрытием на основе ниобия и титановой подложкой; на фиг. 3 - структура покрытия на основе ниобия.
Примеры конкретного осуществления способа:
Пример 1.
Обработке подвергали титановый штифт (ввинчивается в челюстную кость) дентального имплантата площадью 1 см. Использовали ниобиевую фольгу массой 50 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность титанового штифта дентального имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5 ГВт/м и формировали на ней электровзрывное покрытие на основе ниобия.
Получили биоинертное покрытие на основе ниобия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии.
Пример 2.
Обработке подвергали титановую пластину Т-образную косую площа-дью 15 см, применяемую для остеосинтеза дистального метаэпифиза лучевой кости. Использовали ниобиевую фольгу массой 500 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность Т-образной косой пластины при поглощаемой плотности мощности 1,8 ГВт/м2 и формировали на ней электровзрывное покрытие на основе ниобия.
Получили биоинертное покрытие на основе ниобия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии.
Предлагаемый способ позволяет сформировать поверхностный слой с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, и расширяет область практического применения.

Claims (1)

  1. Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты, включающий электрический взрыв ниобиевой фольги массой 50-500 мг, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности титанового имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней биоинертного покрытия на основе ниобия.
RU2018123888A 2018-06-29 2018-06-29 Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты RU2686093C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123888A RU2686093C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018123888A RU2686093C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2686093C1 true RU2686093C1 (ru) 2019-04-24

Family

ID=66314832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018123888A RU2686093C1 (ru) 2018-06-29 2018-06-29 Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2686093C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737938C1 (ru) * 2020-03-18 2020-12-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Способ нанесения биоинертных гафниевых покрытий, модифицированных ионами азота, на титановые имплантаты

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013714A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Element Six Limited Air brazeable material
RU2422555C1 (ru) * 2009-12-14 2011-06-27 Евгений Александрович Будовских Способ электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности
RU2456369C1 (ru) * 2010-11-08 2012-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованя "Сибирский государственный индустриальный университет" Способ формирования титан-бор-медных покрытий на медных контактных поверхностях
RU2470089C1 (ru) * 2011-08-31 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Способ формирования молибден-углерод-медных покрытий на медных контактных поверхностях
RU2547974C2 (ru) * 2013-07-16 2015-04-10 Денис Анатольевич Романов СПОСОБ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ TiB2-MO НА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009013714A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Element Six Limited Air brazeable material
RU2422555C1 (ru) * 2009-12-14 2011-06-27 Евгений Александрович Будовских Способ электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности
RU2456369C1 (ru) * 2010-11-08 2012-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованя "Сибирский государственный индустриальный университет" Способ формирования титан-бор-медных покрытий на медных контактных поверхностях
RU2470089C1 (ru) * 2011-08-31 2012-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Способ формирования молибден-углерод-медных покрытий на медных контактных поверхностях
RU2547974C2 (ru) * 2013-07-16 2015-04-10 Денис Анатольевич Романов СПОСОБ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ TiB2-MO НА ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2737938C1 (ru) * 2020-03-18 2020-12-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" ФГБОУ ВО "СибГИУ" Способ нанесения биоинертных гафниевых покрытий, модифицированных ионами азота, на титановые имплантаты

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Advances in microarc oxidation coated AZ31 Mg alloys for biomedical applications
JP4091728B2 (ja) 生体インプラント材とその製法
US4146936A (en) Implants for bones, joints and tooth roots
EP0212929B1 (en) Method for producing endosseous implants
Wang et al. Preparation and properties of titanium oxide film on NiTi alloy by micro-arc oxidation
Harun et al. Hydroxyapatite-based coating on biomedical implant
Campanelli et al. Fatigue behavior of modified surface of Ti–6Al–7Nb and CP-Ti by micro-arc oxidation
RU2686092C1 (ru) Способ нанесения биоинертных покрытий на основе циркония на титановые имплантаты
Sharkeev et al. Structure and properties of micro-arc calcium phosphate coatings on pure titanium and Ti–40Nb alloy
RU2686093C1 (ru) Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты
Huang et al. Surface modification of titanium implant by microarc oxidation and hydrothermal treatment
Makwana et al. Electrochemical and plasma surface modification of magnesium and its alloy
Mousa et al. Surface modification of magnesium and its alloys using anodization for orthopedic implant application
WO2007029602A1 (ja) 骨代替材料、該骨代替材料を含む医療用材料、及び該骨代替材料の製造方法
CN106163580B (zh) 用于制造用于生物医学应用的多孔金属材料的方法和通过所述方法获得的材料
Bhattacharya et al. Techniques for Deposition of Coatings with Enhanced Adhesion to Bio‐Implants
RU2641597C1 (ru) Способ электроплазменного напыления биосовместимых покрытий на основе магнийсодержащего трикальцийфосфата
RU2552736C2 (ru) Монолитное керамическое тело с периферийной областью из смешанного оксида и металлической поверхностью, способ его получения и применение
Sharkeev et al. Bioactive Micro‐arc Calcium Phosphate Coatings on Nanostructured and Ultrafine‐Grained Bioinert Metals and Alloys
Mostafa et al. Enhancement of adhesion bonding between titanium metal and electrodeposited calcium phosphate
KR100453289B1 (ko) 임프란트 표면 처리용 전해질 용액 및 상기 전해질 용액을이용한 임프란트 표면 처리 방법
RU2525737C1 (ru) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата
KR101385739B1 (ko) 티타늄 임플란트의 표면거칠기 증가방법
Singh et al. Plasma Composite Spray Coating Deposition on Ti-6Al-4V of HA-TiO Alloy 2 for Orthopedic Applications
RU2549984C1 (ru) Способ модифицирования поверхности титановых имплантатов порошковыми биокерамическими материалами