WO2021066667A1 - Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents - Google Patents

Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents Download PDF

Info

Publication number
WO2021066667A1
WO2021066667A1 PCT/RU2019/000694 RU2019000694W WO2021066667A1 WO 2021066667 A1 WO2021066667 A1 WO 2021066667A1 RU 2019000694 W RU2019000694 W RU 2019000694W WO 2021066667 A1 WO2021066667 A1 WO 2021066667A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
titanium
coating
metal
layer
thickness
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000694
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Олег Станиславович КУЗЬМИН
Дмитрий Анатольевич ПЛЕХАНОВ
Михаил Викторович ЯКОВЛЕВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Вакуумные Ионно-Плазменные Технологии"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Вакуумные Ионно-Плазменные Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Вакуумные Ионно-Плазменные Технологии"
Priority to PCT/RU2019/000694 priority Critical patent/WO2021066667A1/en
Publication of WO2021066667A1 publication Critical patent/WO2021066667A1/en

Links

Classifications

    • 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
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/04Hollow or tubular parts of organs, e.g. bladders, tracheae, bronchi or bile ducts
    • A61F2/06Blood vessels
    • A61F2/07Stent-grafts
    • 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
    • A61F2/82Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • 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
    • A61L27/28Materials for coating prostheses
    • A61L27/30Inorganic materials
    • 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
    • A61L27/40Composite materials, i.e. containing one material dispersed in a matrix of the same or different material
    • 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • 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
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54Controlling or regulating the coating process

Definitions

  • the invention relates to the field of coating using vacuum ion-plasma spraying, in particular to the coating of titanium oxynitride on the surface of metal intravascular stents by magnetron sputtering, and can be used for the deposition of thin films of metals and their compounds in various fields of technology.
  • the method consists in regulating the reaction time of the reagent gas for growing the metal and transition oxynitride (M x (ON) y ) layer and includes the following steps:
  • a vacuum chamber for sputtering equipped with a holder for ceramic and / or flexible substrates and a planar target cathode made of metal, transition metal or transition metal alloy;
  • Argon is fed into the atomization chamber for ion bombardment, and nitrogen and oxygen form a reactive gas plasma generated by radio frequency, while the oxygen + nitrogen / argon flow rate ratio is at least 0.02, the oxygen / nitrogen flow rate ratio is at least 0.01, and the gas synchronization time (gas flow sequence control): argon, nitrogen and oxygen alternately or a mixture in a spray chamber for at least 1 s.
  • gas synchronization time gas flow sequence control
  • the disadvantages of this method are the planar geometry of the sputtered target, the low effective sputtering process with an HF discharge, the large values of the time constants for changing the composition of the gaseous medium, which limits the deposition rate and can lead to a layered structure of the grown coating.
  • the process is carried out in a high-vacuum unit with a cryogenic vacuum pump.
  • the titanium atoms used for deposition are obtained by sputtering an electrode from a high-purity metal (99.99%).
  • the synthesis of a coating of titanium nitride oxides is carried out from the products of HF plasma formed in a special configuration of the magnetic field at a low pressure of working gases: argon, oxygen, nitrogen.
  • Titanium oxynitride (T ⁇ -NO) is applied to both the external and internal surfaces of the stent using the patented Hexacath process, which ensures the presence of NO compounds on the surface.
  • the high hardness and absence of defects in the coating ensures successful direct stenting and protects the stent from damage by calcites.
  • the deposition process is controlled by external parameters: the flow rate of the working gases, the operating modes of the RF plasma and bias power supplies, the procedure time or similar values for other proposed film deposition technologies (arc evaporation, thermochemical deposition).
  • the stability of the HF sputtering mode, and hence the structure of the coating is largely determined by the presence of secondary factors, such as the amount of erosion of the electrodes, the degree of contamination of the chamber with spraying products, and the chemical state of the electrode surface.
  • the lack of feedback, fixing the parameters in the deposition zone, as well as diffusion thermal effects accompanying the methods of filtered arc evaporation or the thermochemical CVD process will lead to an uncontrolled change in the properties of the coating. This, first of all, affects the concentration and localization of NO compounds, which have a bioactive effect on the tissues of the body, and not the total content of oxygen and nitrogen in the surface layer.
  • the bioactivity of the coating is determined by the dispersion of the nanocrystalline structure, i.e. the surface area of the crystallites of the ceramic layer [V.F. Pichugin, A.A. Pustovalova, K.E. Evdokimov et al. Structural features and physicochemical properties of nitrogen-containing titanium dioxide films grown by reactive magnetron sputtering. Films and coatings-2019, St-Peterburg. 507-510].
  • the deposition technologies proposed in the EPO patent [EP 1674117 (A1) - 2006-06-28] do not allow controlling this process through physical parameters.
  • planar geometry of the process does not provide a film coverage of the surface of more than 75-80%.
  • the present invention seeks to overcome the aforementioned problems and overcome one or more of the discussed disadvantages.
  • the basis of the invention is the task of applying uniform coatings by the method of vacuum ion-plasma (magnetron) deposition with high adhesive strength and the ability to withstand high plastic deformations (up to 200%) on such products, for example, as intravascular stents.
  • vacuum ion-plasma magnetic
  • plastic deformations up to 200%
  • the technical result is to obtain long-lasting titanium oxynitride coatings on metal intravascular stents, which combine the properties of bioinert titanium oxide and bioactive nitric oxide.
  • intravascular stents coated with the proposed method should provide an improved effect of artificial materials (titanium oxide-based coatings doped with nitrogen) on their thromboresistance by ensuring uniformity of functional properties, including the inner surface of stents, high deformation properties of the coating during stenting. products.
  • the problem is solved by the fact that the proposed method of applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride (Ti-0-N) on the surface of metal intravascular stents (products) includes:
  • the electrodes of which have a cylindrical shape, in which:
  • a gradient transition layer from metal to titanium dioxide is formed with a thickness of 5-15 nm, preferably 10 ⁇ 2 nm,
  • the preliminary ion-plasma treatment of articles (stents) with a gas plasma generator is carried out at a pressure of 0.4-0.8 Pa, preferably 0.6 Pa, a discharge current of 5-10 A, preferably 7 A, and a pulse bias potential at the working table with parameters: pulse duration 3-25 ⁇ s with an amplitude of 500-700 V and a frequency of 10-80 kHz.
  • preliminary training of the dual magnetron sputtering system is carried out at an argon pressure of 0.07-0.15 Pa, a magnetron discharge power of 1.5-2.5 kW for 2-4 minutes.
  • the surface of the cathodes of the dual magnetron sputtering system (DMS) is cleaned; coating of open surfaces inside the working chamber with titanium metal; the residual pressure is reduced due to heterogeneous absorption by sputtered titanium, which ensures the absence of impurities and the ductility of the subsequently deposited metal layer on the products.
  • the deposition of the coating is carried out in the internal volume of the dual magnetron sputtering system formed by two cylindrical electrodes, with the planetary rotation of the products and supplying them with a pulse bias potential of 100-300 V with a frequency twice the frequency of the power supply pulses of the dual magnetron sputtering system, and pulse synchronization with polarity reversal on the electrodes.
  • the deposition of a metal adhesive sublayer (deposition of a titanium film) is carried out in an argon atmosphere at a pressure of 0.10-0.15 for 3-7 minutes;
  • the formation of an intermediate gradient transition layer from metal to titanium dioxide is carried out at a magnetron discharge power of 1.0-1.5 kW, while the oxygen consumption is selected in such a way that the beginning of the formation of amorphous titanium dioxide on the surface of the products occurs within 3-4 minutes, (accompanied, as a rule, by an increase in the total gas pressure from 0.10 Pa to 0.20 Pa);
  • the deposition of a functional oxynitride layer is carried out in an argon, oxygen and nitrogen atmosphere at a ratio of nitrogen and oxygen consumption from 0.5 to 2.5, a total pressure of 0.17 0.25 Pa and a discharge power of 3.0 3.5 kW at a frequency power supply 10 - 40 kHz.
  • the spectral characteristics of the radiation of the cathode plasma of the dual magnetron sputtering system are monitored and the flow rate of the gas components is adjusted in order to maintain the ratio integrated radiation intensity of titanium to oxygen, in order to stabilize the deposition parameters of a functional oxynitride coating
  • the control signal of the spectrometer is used, the optical axis of the recorded radiation of which is located in the cathode region parallel to the cylindrical surface of the electrodes.
  • the automatic control system regulates the oxygen consumption and, proportionally, the nitrogen consumption in order to stabilize the given relative intensity of the radiation of oxygen atoms of the plasma to the emission line of titanium atoms at a stabilized discharge power.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the installation of vacuum ion-plasma deposition of coatings
  • FIG. 2 shows a block diagram of the N-T1O2 coating on a metal stent
  • Fig. 3 shows a data exchange diagram for the entire software package of the installation.
  • - in Fig. 4 shows a PEM image of the stent surface after testing in the zone of maximum plastic flow.
  • the installation (Fig. 1) contains a vacuum chamber 1 with a dual magnetron sputtering system (MS) 2 located in it with titanium cylindrical cathodes 3 to which a lock chamber 6 is connected through a gate 5 with a gas plasma generator 7 installed in it for preliminary ion-plasma treatment and a transport planetary work table 8 for loading products; high-vacuum pumping system including oil-free pumping means; three-channel gas supply system 11; a power supply for the magnetron sputtering system 12, a power supply for the bias potential of the working table 13, power supplies for the gas discharge 14, 15 of the plasma generator 7; an automatic control system 16 and means for monitoring the technological process, including a spectrometric analyzer of plasma radiation 17, pressure and cooling sensors, and a control computer 18.
  • the electromechanical drive M provides a linear movement of the working table 8 into the vacuum chamber 1 using a telescopic screw device 21.
  • the working table 8 is equipped with planetary satellites and has attachments for the workpieces.
  • Vacuum chamber 1 is a sealed vacuum volume, inside of which there is a dual magnetron system 2 with a working area for processing along the axis of cylindrical titanium electrodes (cathodes) 3.
  • the vacuum chamber 1 has an optical channel for transmitting the radiation of the magnetron discharge to the automatic spectrometer 17.
  • the optical axis of the probe 27 is parallel to the surface of the cylindrical cathodes 3 in the area of the near-cathode plasma.
  • an AvaSpec-Mini 4096CL-UV-5 spectrometer can be used as a spectrometer
  • an FC-UVIR600-2-ME fiber optic cable can be used as a probe.
  • the MS magnetron sputtering system consists of two, one above the other, identical cylindrical magnetron electrodes (or electrode devices) 2 with their own magnetic systems.
  • the control and monitoring system 16 is designed to control the units and mechanisms of the installation in accordance with the specified algorithms for conducting the technological process.
  • the products after ion treatment in the lock chamber 6, are moved into the vacuum chamber 1 by a telescopic transport system (telescopic screw device 21) of the working table 8, and during the spraying of coatings, a circular planetary motion of the processed products is carried out.
  • a telescopic transport system telescopic screw device 21
  • Symmetrical bipolar power from the power supply 12 is fed to magnetron electrodes 2, deposition is accompanied by a pulsed bias potential on the products, synchronized with the polarity change on the electrodes 3.
  • the stability of the film synthesis process is ensured by monitoring the intensity of the spectral lines of radiation of titanium, nitrogen and oxygen atoms in the magnetron discharge plasma, moreover, the control signal to the regulators of the oxygen and nitrogen gas consumption is normalized to the intensity of the titanium emission line, and the power of the magnetron discharge and the argon consumption are stabilized.
  • the structural diagram of the applied coatings is shown in figure 2, where 1 is the stent material, 2 is the titanium sublayer, 3 is a transition gradient layer, 4 is a functional layer of titanium oxynitride.
  • Example 1 Deposition of the surface layer at a ratio of consumption of gas reagents N2 / O2 equal to 1.5 (with the parameters indicated in Table 1).
  • Loading of products - pre-defatted metal stents (20 metal cardiostents 1.6x18 mm manufactured by "Balton” Ltd.) - is carried out by suspension on the planetary satellites of the desktop 8 of the vacuum ion-plasma installation (Fig. 1) by a method that minimizes the contact area with samples.
  • Samples-witnesses (2 pcs. - glass, 2 pcs. - steel 316L (AISI) are placed in identical positions. Loops of a silver-plated copper conductor MC16-13 0.02 wire were used as a material for suspension. Diameter 45 microns provides a small contact area with the sample and has sufficient rigidity for fixation. Processing of products in a vacuum ion-plasma installation.
  • the working gas is supplied to the plasma generator - argon (position No. 2: 1.08 ⁇ 0.05 l / h (30% of the maximum range of 3.6 l / h)); the drive of the working table is switched on in reverse mode (position N ° 3: M - out); processing parameters are set and switched on (positions N ° 4-9): cathode heating (PS1 40 A, on) and generator discharge power (PS2 7.5A, on); Bias voltage pulses are applied to the desktop (PS3 600 V, 6 ⁇ s, 40 kHz, on); the timer for the operation is started (position ° 10: Pause 300 s). At the end of the timer, the power supply from the plasma generator is turned off (position N ° 10: PS1 off, position Nell: PS2 off) and reverse is turned off (position N ”12: M - off).
  • DMS dual magnetron sputtering system
  • the program corrects the flow of the working gas-argon into the working chamber (position N ° 14: VF1 - 12%); the bipolar power supply is switched on to the DMS electrodes in the specified mode (positions N ° 15-16: PS4 - 2.0 kW, 10 kHz, on); the magnetron is trained for the time specified by the program parameter (position N ° 17: PAUSE 180 s), after which the discharge voltage is removed (position N ° 18: PS4 - off).
  • the drive of the desktop is switched on in the direction of transportation from the lock (position Nel9: M - in); the bias potential is reduced to values suitable for deposition of coatings (position N ° 20: PS3 250 V, 20 kHz); the operation of the inductive position sensor in the working chamber is expected, after which the next operation starts.
  • a metal adhesive sublayer (position 2 in figure 2).
  • the trained LCA is switched on in the metal deposition mode (position 1 21: VF1 - 6.5 N ° 22: PS4 - on) and the titanium film is deposited within the time specified by the program (position N ° 24: PAUSE - 300 s) , which determines the thickness of the metal sublayer 30 ⁇ 5 nm.
  • Products installed on the working table make planetary motion in the working area of the LCA.
  • the discharge power is reduced (position N ° 25: PS4 - 1.0 kW, 80 kHz) and the oxygen supply (position N ° 26: VF2 - 12%) is switched on at a given flow rate, which ensures a smooth transition to the oxide deposition mode within 3-4 minutes ...
  • the spread in the formation time of the required parameters, and hence the thickness of the transition layer, depends on various secondary factors, therefore the operation timer is set deliberately exceeding the maximum required procedure time (position N ° 27: Pause 240 s).
  • a gradient layer (position 3 in Fig. 2) is formed from titanium metal to amorphous dioxide with a thickness of about 10 ⁇ 2 nm.
  • oxygen consumption correction position N ° 28: VF2 - 3.40%
  • inclusion of leakage into the nitrogen chamber position N ° 29: VF3 - 5.10%) in accordance with the preset starting values (VF2, VF3)
  • output of LCA parameters to a given discharge power position 30: PS4 - 3.0 kW
  • position I Pause - 30 s
  • the processed control signal of the spectrometer is used to correct oxygen and nitrogen in order to stabilize the deposition parameters of the functional coating.
  • the software (software) of the spectrometer is an integral part of the software of the installation.
  • Simle-Scada is an OPC client that connects to the OPC server.
  • FIG. 3 shows a data exchange diagram of the entire software package. Functionally, the spectrometer software can be divided into three modules:
  • the data processing program interacts with the spectrometer through the AvaSpec DLL, processes the received data in accordance with the radiation peak integration algorithm, and interacts with the OPC server to receive commands and issue the calculation results.
  • the OPC server exchanges data with the Simple-Scada system of the plant control program.
  • the OPC server interface includes a set of variables with fixed names and data types.
  • the control signal implements the following function of the measured spectrum of the DMS plasma: where Ii is the integrated intensity of the signal from the ROM of the matrix spectrometer corresponding to the peak of the radiation wavelength of titanium atoms T ⁇ h, and g I * ⁇ corresponds to the emission of molecular oxygen.
  • Ii is the integrated intensity of the signal from the ROM of the matrix spectrometer corresponding to the peak of the radiation wavelength of titanium atoms T ⁇ h
  • g I * ⁇ corresponds to the emission of molecular oxygen.
  • the system maintains a constant ratio of the radiation peaks of the plasma components at a stabilized discharge power.
  • a predetermined time interval position N ° 33: Pause 1800 s
  • the power supply to the magnetron is turned off, the potential is removed from the working table, the supply of working gases to the vacuum system is shut off (positions N «34 - Ke41).
  • the deposition of a layer of N-T1O2 position 4 in Fig. 2) with a thickness of 160 ⁇ 15 nm occurs.
  • the unit is ready for the next machining cycle.
  • the given technological program corresponds to the mode of deposition of the surface layer with the ratio of the consumption of gas reagents N2 / O2 equal to 1.5, set by the regulators VF2, VF3 (Fig. 1) at the program step 28, 29.
  • the mechanical properties of the coatings were investigated by the method of dynamic nanoindentation using an NHT-S-000X device at a load of 5 mN, as well as using a NanoScan scanning nanohardness tester. Nanohardness, Young's modulus, and contact stiffness were determined by the Oliver-Pharr method. Elastic recovery was determined from load-unload curves.
  • Tests for plastic deformation of the treated stents were carried out by the method of balloon expansion to the maximum diameter at a test pressure in the standard system up to 2.0 MPa, followed by electron microscopy of the zones of tension and compression.
  • the thickness of the Ti – O – N coating was determined by the method of optical ellipsometry of flat witness specimens treated simultaneously with stents.
  • the spectroanalytical complex "SAG-1891" was used. The calculation was carried out using the Cauchy dispersion equation for transparent or semitransparent films.
  • the morphological properties of the surface of the samples were analyzed before and after exposure using a scanning microscope (XL 30 ESEM-FEG Philips, voltage 3.0 kV). Elemental and chemical analysis - using EDS and FTIR microscopy.
  • the hydrophilicity / hydrophobicity of the coating surface was determined by measuring the contact angles using an OSA 20 instrument (DataPhysics Instrument Gmbh) with the appropriate SCA 202 software.
  • MMSC human mesenchymal stem cells
  • T1O2 consist of an amorphous phase with the presence of anatase and rutile nanocrystallites.
  • CSR coherent scattering regions
  • XPS HR high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy
  • Nitrogen-containing N-T1O 2 films deposited by reactive magnetron sputtering have high values of nanohardness (up to 28 GPa), Young's modulus (up to 231 GPa), elastic recovery (up to 70%), and high adhesive strength (up to 376 MPa), and this determines good elastic properties and crack resistance.
  • the deformation of the stents by the test pressure showed that the process occurs without cracking and detachment.
  • Figure 4 shows a PEM image of the surface after testing in the zone of maximum plastic flow, where a is an uncoated stent; b - stent coated with Ti + N-T1O 2 (example) after balloon deformation of 2.0 MPa.
  • Ti + N-T1O 2 does not cause differentiation of the culture into osteoblasts, cartilage cells and fat cells.
  • s_napyleniem Ti + N-T1O 2 significantly reduced (by 40%, p ⁇ 0.05) mean number MMSC (due to migration and cell division) in comparison with the coated hm 2.
  • the proposed method provides the application of uniform nanocomposite multicomponent (Ti-0-N) coatings on vascular stents, due to the uniform deposition of the material in argon and reaction gases: oxygen, nitrogen.
  • the effectiveness of the method is achieved by sluicing products, dividing the zones of ion-plasma cleaning of the surface of products and spraying, moving the working table for transporting products from the sluice to the working chamber with their planetary rotation inside a special cylindrical dual magnetron system in combination with synchronized pulse modes of supply of the displacement potential of the working table, control of the deposition process based on the spectral characteristics of the plasma, the use of modern vacuum equipment and controls, automation of the technological process.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of applying coatings by vacuum ion-plasma deposition, and more particularly to the application of titanium oxynitride coatings to the surface of metallic intravascular stents by magnetron sputtering, and can be used in various technical fields for applying thin films of metals and metal compounds. In terms of properties, intravascular stents having a coating applied using the proposed method should exhibit an improved effect by the artificial materials (nitrogen-alloyed coatings based on titanium oxide) on their thromboresistance by virtue of the uniformity of the functional properties of the coating, including on the inner surface of stents, and the excellent deformation properties of the coating during stenting. An article produced using this method (a coated metallic intravascular stent) contains a coating that includes an inner layer of high-purity titanium metal with a thickness of 15-40 nm, a gradated transition layer from titanium metal to titanium dioxide with a thickness of 5-15 nm, and an upper functional layer of oxynitride coating with a thickness of 100-200 nm.

Description

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ВАКУУМНОГО ИОННО - ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ ОКСИНИТРИДА ТИТАНА НА ПОВЕРХНОСТЬ ВНУТРИСОСУДИСТЫХ СТЕНТОВ METHOD FOR APPLYING VACUUM ION-PLASMA COATING OF TITANIUM OXYNITRIDE ON THE SURFACE OF INTRAVASCULAR STENTS
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ FIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к области нанесения покрытий с использованием вакуумного ионно-плазменного напыления, в частности к нанесению покрытий оксинитрида титана на поверхность металлических внутрисосудистых стентов методом магнетронного распыления, и может найти применение для нанесения тонких пленок из металлов и их соединений в различных отраслях техники. The invention relates to the field of coating using vacuum ion-plasma spraying, in particular to the coating of titanium oxynitride on the surface of metal intravascular stents by magnetron sputtering, and can be used for the deposition of thin films of metals and their compounds in various fields of technology.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ. PRIOR ART.
Известен метод для выращивания слоя оксинитридов металлов и переходных металлов (Мх (ON) у) на стекле и гибких подложках с использованием реактивного радиотермического магнетронного распыления без нагрева подложки, раскрытый в заявке США [US20090026065 А1, опубл. 29.09. 2009 «Gas-timing method for depositing oxynitride films by reactive R.F. magnetron sputtering»]. A known method for growing a layer of oxynitrides of metals and transition metals (M x (ON) y ) on glass and flexible substrates using reactive radiothermal magnetron sputtering without heating the substrate, disclosed in the US application [US20090026065 A1, publ. 29.09. 2009 "Gas-timing method for depositing oxynitride films by reactive RF magnetron sputtering"].
Способ заключается в регулировании времени реакции реагентного газа для выращивания металлического и переходного оксинитридного (Мх (ON)y) слоя и включает следующие шаги: The method consists in regulating the reaction time of the reagent gas for growing the metal and transition oxynitride (M x (ON) y ) layer and includes the following steps:
- обеспечение вакуумной камерой для распыления, оборудованной держателем для керамических и/или гибких подложек и катода - планарной мишени, выполненного из металла, переходного металла или сплава переходного металла; - providing a vacuum chamber for sputtering, equipped with a holder for ceramic and / or flexible substrates and a planar target cathode made of metal, transition metal or transition metal alloy;
- подача в камеру распыления газов последовательными порциями при соответствующих скоростях расхода: аргона, кислорода, азота; - supply of gases to the spraying chamber in successive portions at appropriate flow rates: argon, oxygen, nitrogen;
- формирование в камере распыления высокочастотным генератором (13,56 МГц) газовой плазмы, ионы аргона из которой распыляют катод-мишень, а активированный разрядом кислород и азот вступают в реакцию с формирующейся пленкой; - formation of a gas plasma in the sputtering chamber by a high-frequency generator (13.56 MHz), argon ions from which sputter the target cathode, and the oxygen and nitrogen activated by the discharge react with the forming film;
Аргон подают в камеру распыления для ионной бомбардировки, а азот и кислород образуют плазму реактивного газа, генерируемую радиочастотой, при этом соотношение расхода кислорода+азот/аргон составляет, по меньшей мере, 0,02, отношение расхода кислоро да/ азота составляет, по меньшей мере, 0,01, а время синхронизации газов (контроль последовательности потока газа): аргона, азота и кислорода поочередно или смеси в распылительной камере, по меньшей мере, 1 с. Argon is fed into the atomization chamber for ion bombardment, and nitrogen and oxygen form a reactive gas plasma generated by radio frequency, while the oxygen + nitrogen / argon flow rate ratio is at least 0.02, the oxygen / nitrogen flow rate ratio is at least 0.01, and the gas synchronization time (gas flow sequence control): argon, nitrogen and oxygen alternately or a mixture in a spray chamber for at least 1 s.
Недостатком данного способа является планарная геометрия распыляемой мишени, низкая эффективная процесса распыления ВЧ разрядом, большие значения постоянных времени изменения состава газовой среды, что ограничивает скорости осаждения и может приводить к слоистой структуре выращиваемого покрытия. The disadvantages of this method are the planar geometry of the sputtered target, the low effective sputtering process with an HF discharge, the large values of the time constants for changing the composition of the gaseous medium, which limits the deposition rate and can lead to a layered structure of the grown coating.
Известна продукция компании Hexacath и технология, используемая ей для получения этой продукции. В информации, приведённой на сайте компании https://www.hexacath.com/technology-device-description/ отмечается, что принято считать, что пленка азотосодержащего оксида титана, синтезированная методом реактивного магнетронного напыления (РМН), сочетает в себе свойства следующих компонентов: биоинертного оксида титана и оксида азота. С точки зрения биологических свойств, существующая концепция связывает биологическую активность именно с оксидными формами соединений азота в покрытии. Пионер в медицинском применении данного типа покрытий, компания «НЕХАСАТН» выдвинула именно такой подход к медико-биологическим параметрам взаимодействия Ti-0-N пленок с живыми тканями. Процесс проводится в высоковакуумной установке с криогенным вакуумным насосом. Атомы титана, используемые для осаждения, получены распылением электрода из металла высокой чистоты (99,99%). Синтез покрытия из оксидов нитридов титана производится из продуктов ВЧ плазмы, формируемой в особой конфигурации магнитного поля при низком давлении рабочих газов: аргона, кислорода, азота. Оксинитрид титана (TΪ-NO) наносится как на внешнюю, так и на внутреннею поверхность стента по запатентованному процессу Hexacath, который обеспечивает наличие соединений NO на поверхности. Высокая твердость и отсутствие дефектов в покрытии обеспечивает успешное прямое стентирование и защищает стент от повреждений кальцитами. Известен также патент ЕПВ данной компании, защищающий продукцию этой фирмы [ЕР1674117 (А1) — 2006-06-28], в котором отмечается, что главной проблемой при формировании покрытия является обеспечение высокой адгезионной прочности и способность пленки выдерживать высокие пластические деформации (до 200%), возникающие при ангиопластике. Для решения этой проблемы, авторами предложена многослойная (от 7 до 13 слоев) наноструктура, технология нанесения которой заключается в чередовании пластических металлических, переходных и твердых нитридных и оксинитридных слоев. Очевидно, что одной из основных причин данной проблемы является однозонная модель проведения процесса обработки: операции очистки, вывод магнетрона на рабочие параметры, промежуточные операции в планарной однокамерной архитектуре не обеспечат контролируемую чистоту слоев при ВЧ распылении, даже при наличии различных экранирующих элементов. Именно это, в первую очередь, сказывается на пластических свойствах такого материала промежуточного слоя, как титан, имеющего свойство охрупчивания при минимальном загрязнении примесями. Known products of the company Hexacath and the technology used to obtain these products. The information provided on the company's website https://www.hexacath.com/technology-device-description/ notes that it is generally accepted that a film of nitrogen-containing titanium oxide synthesized by the method of reactive magnetron sputtering (RMP) combines the properties of the following components : bioinert titanium oxide and nitric oxide. From the point of view of biological properties, the existing concept associates biological activity with the oxide forms of nitrogen compounds in the coating. A pioneer in the medical application of this type of coatings, the NEHASATN company has put forward just such an approach to the biomedical parameters of the interaction of Ti-0-N films with living tissues. The process is carried out in a high-vacuum unit with a cryogenic vacuum pump. The titanium atoms used for deposition are obtained by sputtering an electrode from a high-purity metal (99.99%). The synthesis of a coating of titanium nitride oxides is carried out from the products of HF plasma formed in a special configuration of the magnetic field at a low pressure of working gases: argon, oxygen, nitrogen. Titanium oxynitride (TΪ-NO) is applied to both the external and internal surfaces of the stent using the patented Hexacath process, which ensures the presence of NO compounds on the surface. The high hardness and absence of defects in the coating ensures successful direct stenting and protects the stent from damage by calcites. Also known is the EPO patent of this company, which protects the products of this company [EP1674117 (A1) - 2006-06-28], which notes that the main problem in the formation of the coating is to ensure high adhesion strength and the ability of the film to withstand high plastic deformations (up to 200% ) arising from angioplasty. To solve this problem, the authors have proposed a multilayer (from 7 to 13 layers) nanostructure, the deposition technology of which consists in alternating plastic metal, transition and solid nitride and oxynitride layers. Obviously, one of the main reasons for this problem is the one-zone model of the processing process: cleaning operations, bringing the magnetron to operating parameters, intermediate operations in a planar single-chamber architecture will not provide controlled purity of layers during HF sputtering, even in the presence of various shielding elements. It is this, first of all, that affects the plastic properties of such an intermediate layer material as titanium, which has the property of embrittlement with minimal contamination by impurities.
Кроме того, процесс осаждения контролируется внешними параметрами: расходом рабочих газов, режимами работы источников питания ВЧ плазмы и смещения, временем процедур или подобными значениями при предлагаемых других технологиях осаждения пленок (дуговое испарение, термохимическое осаждение). Однако стабильность режима ВЧ распыления, а значит структуры покрытия, во многом определяется наличием вторичных факторов, таких как величина эрозии электродов, степень загрязнения камеры продуктами распыления, химическим состоянием поверхности электродов. Отсутствие обратной связи, фиксирующие параметры в зоне осаждения, а также диффузионные тепловые эффекты, сопровождающие способы фильтрованного дугового испарения или термохимический CVD процесс будут приводить к неконтролируемому изменению свойств покрытия. Это, в первую очередь, сказывается на концентрации и локализации соединений NO, которые именно оказывают биоактивное воздействие на ткани организма, а не общее содержание кислорода и азота в поверхностном слое. In addition, the deposition process is controlled by external parameters: the flow rate of the working gases, the operating modes of the RF plasma and bias power supplies, the procedure time or similar values for other proposed film deposition technologies (arc evaporation, thermochemical deposition). However, the stability of the HF sputtering mode, and hence the structure of the coating, is largely determined by the presence of secondary factors, such as the amount of erosion of the electrodes, the degree of contamination of the chamber with spraying products, and the chemical state of the electrode surface. The lack of feedback, fixing the parameters in the deposition zone, as well as diffusion thermal effects accompanying the methods of filtered arc evaporation or the thermochemical CVD process will lead to an uncontrolled change in the properties of the coating. This, first of all, affects the concentration and localization of NO compounds, which have a bioactive effect on the tissues of the body, and not the total content of oxygen and nitrogen in the surface layer.
Как показано в работе [А.А. Барыбин, А.В. Завьялов, В.И. Шаповалов. Неизотермическая модель синтеза пленок оксинитридов методом реактивного магнетронного распыления [Физика и химия стекла, 2012, Том 38, ·N°4, с.515-522] эволюция структуры оксинитрида титана по мере увеличения содержания азота в магнетронном разряде непротиворечиво описывается в терминах модифицированной модели Торнтона (SZM) N-T1O2 пленок. В процессе осаждения формируются Т1О2 зерна, которые при увеличении азота образуют дисперсную, случайно ориентированную уплотненную структуру. Это обусловлено тем, что в процессе роста азот локализуется на низкоиндексных плоскостях, ограничивающих нанокристаллы оксида титана, формируя 2D слой оксида азота [Alla A. Pustovalova, Vladimir F. Pichugin, Nina M. Ivanova, Michael Bruns. Structural features of N-cjntaining titanium dioxidt thin films dehjsited by magnetron sputtering//Thin Solid Films 627 (2017) 9-16 http://dx.doi.Org/10.1016/j.tsf.2017.02.056], который ограничивает эпитаксиальный рост кристаллитов ТЮ2, рост пленки происходит за счет повторного зародышеобразования. Таким образом биоактивность покрытия (способность выделять NO) определяется дисперсностью нанокристаллической структурой, т.е. площадью поверхности кристаллитов керамического слоя [В.Ф. Пичугин, А.А. Пустовалова, К.Е. Евдокимов и др. Структурные особенности и физико-химические свойства азотосодержащих пленок диоксида титана, выращенных методом реактивного магнетронного распыления. Пленки и покрытия-2019, St-Peterburg. 507-510]. Предлагаемые в патенте ЕПВ [ЕР 1674117 (А1) — 2006-06-28] технологии осаждения не позволяют управлять этим процессом через физические параметры. As shown in the work [A.A. Barybin, A.V. Zavyalov and V.I. Shapovalov. A non-isothermal model of the synthesis of oxynitride films by the method of reactive magnetron sputtering [Physics and chemistry of glass, 2012, Volume 38, · N ° 4, pp. 515-522] the evolution of the structure of titanium oxynitride with increasing nitrogen content in the magnetron discharge is consistently described in terms of the modified Thornton model (SZM) N-T1O2 films. In the process of deposition, T1O2 grains are formed, which, with an increase in nitrogen, form a dispersed, randomly oriented compacted structure. This is due to the fact that, during growth, nitrogen is localized on low-index planes bounding nanocrystals titanium oxide, forming a 2D layer of nitric oxide [Alla A. Pustovalova, Vladimir F. Pichugin, Nina M. Ivanova, Michael Bruns. Structural features of N-cjntaining titanium dioxidt thin films dehjsited by magnetron sputtering // Thin Solid Films 627 (2017) 9-16 http://dx.doi.Org/10.1016/j.tsf.2017.02.056], which limits the epitaxial the growth of TiO2 crystallites, the growth of the film occurs due to repeated nucleation. Thus, the bioactivity of the coating (the ability to release NO) is determined by the dispersion of the nanocrystalline structure, i.e. the surface area of the crystallites of the ceramic layer [V.F. Pichugin, A.A. Pustovalova, K.E. Evdokimov et al. Structural features and physicochemical properties of nitrogen-containing titanium dioxide films grown by reactive magnetron sputtering. Films and coatings-2019, St-Peterburg. 507-510]. The deposition technologies proposed in the EPO patent [EP 1674117 (A1) - 2006-06-28] do not allow controlling this process through physical parameters.
Кроме того, планарная геометрия процесса, как показал анализ стентов НЕХАСАТН, не обеспечивает покрытие пленкой поверхности более чем 75- 80%. In addition, the planar geometry of the process, as shown by the analysis of HEXATH stents, does not provide a film coverage of the surface of more than 75-80%.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DISCLOSURE OF THE INVENTION
Настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных проблем и преодоление одного или нескольких рассмотренных недостатков. The present invention seeks to overcome the aforementioned problems and overcome one or more of the discussed disadvantages.
В основу изобретения поставлена задача нанесения равномерных покрытий методом вакуумного ионно-плазменного (магнетронного) осаждения с высокой адгезионной прочностью и способностью выдерживать высокие пластические деформации (до 200%) на таких изделиях, например, как внутрисосудистые стенты. The basis of the invention is the task of applying uniform coatings by the method of vacuum ion-plasma (magnetron) deposition with high adhesive strength and the ability to withstand high plastic deformations (up to 200%) on such products, for example, as intravascular stents.
Техническим результатом является получение долгофункционирующих покрытий оксинитрида титана на металлических внутрисосудистых стентах, сочетающих в себе свойства биоинертного оксида титана и биоактивного оксида азота. The technical result is to obtain long-lasting titanium oxynitride coatings on metal intravascular stents, which combine the properties of bioinert titanium oxide and bioactive nitric oxide.
По уровню свойств, внутрисосудистые стенты с нанесенными предлагаемым методом покрытиями, должны обеспечить улучшенное влияние искусственных материалов (покрытий на основе оксида титана, легированных азотом) на их тромборезистентность, за счёт обеспечения равномерности функциональных свойств, включая внутреннюю поверхность стентов, высоких деформационных свойств покрытия при стентировании изделий. Поставленная задача решается тем, что предлагаемый способ нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия оксинитрида титана (Ti-0-N) на поверхность металлических внутрисосудистых стентов (изделий) включает: In terms of properties, intravascular stents coated with the proposed method should provide an improved effect of artificial materials (titanium oxide-based coatings doped with nitrogen) on their thromboresistance by ensuring uniformity of functional properties, including the inner surface of stents, high deformation properties of the coating during stenting. products. The problem is solved by the fact that the proposed method of applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride (Ti-0-N) on the surface of metal intravascular stents (products) includes:
- размещение и закрепление упомянутых изделий на вращающемся планетарном рабочем столе вакуумной ионно-плазменной установки, включающей отдельные шлюзовую и вакуумную (рабочую) камеры; - placing and fixing the above-mentioned products on a rotating planetary working table of a vacuum ion-plasma installation, which includes separate airlock and vacuum (working) chambers;
- герметизацию рабочего стола в шлюзовой камере, снабженной генератором плазмы; - sealing the working table in the airlock equipped with a plasma generator;
- откачку атмосферы и последующую очистку изделий в шлюзовой камере ионами аргона из газовой плазмы за счет потенциала смещения на рабочем столе; - evacuation of the atmosphere and subsequent cleaning of products in the airlock with argon ions from the gas plasma due to the displacement potential on the work table;
- предварительную очистку (тренировку) электродов дуальной магнетронной распылительной системы (ДМС), размещенной в рабочей камере, в атмосфере аргона; - preliminary cleaning (training) of the electrodes of the dual magnetron sputtering system (DMS), located in the working chamber, in an argon atmosphere;
- перемещение рабочего стола в вакуумную камеру с размещением изделий внутри ДМС, электроды которой имеют цилиндрическую форму, в которой: - moving the working table into a vacuum chamber with the placement of products inside the LCA, the electrodes of which have a cylindrical shape, in which:
- - сначала на очищенную ионами аргона поверхность проводят осаждение слоя металла - титана высокой чистоты толщиною 15 - 40 нм, предпочтительно 30±5 нм, обеспечивающего повышенное сцепление и высокие пластические характеристики упомянутого покрытия; - - first, a layer of high-purity titanium metal with a thickness of 15 - 40 nm, preferably 30 ± 5 nm, is deposited onto the surface cleaned with argon ions, which provides increased adhesion and high plastic characteristics of the said coating;
- затем в атмосфере аргона и кислорода осуществляют формирование градиентного переходного слоя от металла к диоксиду титана толщиною 5 - 15 нм, предпочтительно 10±2 нм, - then, in an atmosphere of argon and oxygen, a gradient transition layer from metal to titanium dioxide is formed with a thickness of 5-15 nm, preferably 10 ± 2 nm,
- - и окончательно осуществляют осаждение функционального оксинитридного покрытия в атмосфере аргона, кислорода и азота при соотношении N2/O2 равному от 0,5 до 2,5 толщиною 100 - 200 нм, предпочтительно - 160±15 нм. - - and finally carry out the deposition of the functional oxynitride coating in an atmosphere of argon, oxygen and nitrogen at a ratio of N2 / O2 equal to from 0.5 to 2.5 with a thickness of 100-200 nm, preferably 160 ± 15 nm.
Кроме того, предварительную ионно-плазменную обработку изделий (стентов) генератором газовой плазмы проводят при давлении 0,4-0, 8 Па, предпочтительно 0,6 Па, токе разряда 5-10 А, предпочтительно 7 А, и импульсном потенциале смещения на рабочем столе с параметрами: длительностью импульса 3-25 мкс с амплитудой 500- 700 В и частотой 10-80 кГц. In addition, the preliminary ion-plasma treatment of articles (stents) with a gas plasma generator is carried out at a pressure of 0.4-0.8 Pa, preferably 0.6 Pa, a discharge current of 5-10 A, preferably 7 A, and a pulse bias potential at the working table with parameters: pulse duration 3-25 μs with an amplitude of 500-700 V and a frequency of 10-80 kHz.
Кроме того, предварительную тренировку дуальной магнетронной распылительной системы, проводят при давлении аргона 0,07 -0,15 Па, мощности магнетронного разряда 1,5 -2,5 кВт в течение 2-4 мин. В ходе ее выполнения производится очистка поверхности катодов дуальной магнетронной распылительной системы (ДМС); покрытие металлическим титаном открытых поверхностей внутри рабочей камеры; осуществляется снижение остаточного давления за счет гетерного поглощения распыленным титаном, что обеспечивает отсутствие примесей и пластичность осаждаемого в дальнейшем металлического слоя на изделиях. In addition, preliminary training of the dual magnetron sputtering system is carried out at an argon pressure of 0.07-0.15 Pa, a magnetron discharge power of 1.5-2.5 kW for 2-4 minutes. In the course of its implementation, the surface of the cathodes of the dual magnetron sputtering system (DMS) is cleaned; coating of open surfaces inside the working chamber with titanium metal; the residual pressure is reduced due to heterogeneous absorption by sputtered titanium, which ensures the absence of impurities and the ductility of the subsequently deposited metal layer on the products.
Кроме того осаждение покрытия осуществляют во внутреннем объеме дуальной магнетронной распылительной системы, образованном двумя цилиндрическими электродами, при планетарном вращении изделий и подаче на них импульсного потенциала смещения составляющего 100 - 300 В с частотою, вдвое превышающей частоту импульсов питания дуальной магнетронной распылительной системы, и синхронизацией импульсов со сменой полярности на электродах. In addition, the deposition of the coating is carried out in the internal volume of the dual magnetron sputtering system formed by two cylindrical electrodes, with the planetary rotation of the products and supplying them with a pulse bias potential of 100-300 V with a frequency twice the frequency of the power supply pulses of the dual magnetron sputtering system, and pulse synchronization with polarity reversal on the electrodes.
При осаждении покрытия предпочтительно, что: When depositing a coating, it is preferred that:
- осаждение металлического адгезионного подслоя (осаждение пленки титана) проводят в атмосфере аргона при давлении 0,10-0,15 в течение 3-7 минут; - the deposition of a metal adhesive sublayer (deposition of a titanium film) is carried out in an argon atmosphere at a pressure of 0.10-0.15 for 3-7 minutes;
- формирование промежуточного градиентного переходного слоя от металла к диоксиду титана проводят при мощности магнетронного разряда 1,0-1, 5 кВт, при этом расход кислорода подбирается таким образом, чтобы начало формирования на поверхности изделий аморфного диоксида титана происходило в течение 3—4 минут, (сопровождаемое, как правило, повышением общего давления газов от 0,10 Па до 0,20 Па); - the formation of an intermediate gradient transition layer from metal to titanium dioxide is carried out at a magnetron discharge power of 1.0-1.5 kW, while the oxygen consumption is selected in such a way that the beginning of the formation of amorphous titanium dioxide on the surface of the products occurs within 3-4 minutes, (accompanied, as a rule, by an increase in the total gas pressure from 0.10 Pa to 0.20 Pa);
- осаждение функционального оксинитридного слоя производится в среде аргона, кислорода и азота при соотношении расхода азота и кислорода от 0,5 до 2,5, общем давлении 0,17 0,25 Па и мощность разряда - 3,0 3,5 кВт при частоте питания 10 -г- 40 кГц. - the deposition of a functional oxynitride layer is carried out in an argon, oxygen and nitrogen atmosphere at a ratio of nitrogen and oxygen consumption from 0.5 to 2.5, a total pressure of 0.17 0.25 Pa and a discharge power of 3.0 3.5 kW at a frequency power supply 10 - 40 kHz.
Кроме того, после истечения времени, отведенного на установление газового баланса в системе от 20 до 40 с от начала процесса осаждения оксинитрида титана, осуществляют контроль спектральных характеристик излучения прикатодной плазмы дуальной магнетронной распылительной системы и проводят корректировку расхода газовых компонентов с целью поддержания на заданном уровне отношения интегральной интенсивности излучения титана к кислороду, с целью стабилизации параметров осаждения функционального оксинитридного покрытия In addition, after the expiration of the time allotted for the establishment of the gas balance in the system from 20 to 40 s from the beginning of the titanium oxynitride deposition process, the spectral characteristics of the radiation of the cathode plasma of the dual magnetron sputtering system are monitored and the flow rate of the gas components is adjusted in order to maintain the ratio integrated radiation intensity of titanium to oxygen, in order to stabilize the deposition parameters of a functional oxynitride coating
При этом для корректировки расхода газовых компонентов с целью стабилизации параметров осаждения функционального оксинитридного покрытия используют управляющий сигнал спектрометра, оптическая ось регистрируемого излучения которого расположена в прикатодной области параллельно цилиндрической поверхности электродов. In this case, to adjust the flow rate of gas components in order to stabilize the deposition parameters of the functional oxynitride coating the control signal of the spectrometer is used, the optical axis of the recorded radiation of which is located in the cathode region parallel to the cylindrical surface of the electrodes.
Автоматическая система управления регулирует расход кислорода и, пропорционально, расход азота с целью стабилизации заданной относительной интенсивности излучения атомов кислорода плазмы к линии излучения атомов титана при стабилизированной мощности разряда. The automatic control system regulates the oxygen consumption and, proportionally, the nitrogen consumption in order to stabilize the given relative intensity of the radiation of oxygen atoms of the plasma to the emission line of titanium atoms at a stabilized discharge power.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ. BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS.
Далее настоящее изобретение будет описано в виде примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых: Hereinafter, the present invention will be described by way of examples with reference to the accompanying drawings, in which:
- на фиг. 1 приведена структурная схема установки вакуумного ионно-плазменного осаждения покрытий; - in Fig. 1 shows a block diagram of the installation of vacuum ion-plasma deposition of coatings;
- на фиг. 2 приведена структурная схема покрытия N-T1O2 на металлическом стенте;- in Fig. 2 shows a block diagram of the N-T1O2 coating on a metal stent;
- на фиг. 3 приведена схема обмена данными всего комплекса программного обеспечения установки. - in Fig. 3 shows a data exchange diagram for the entire software package of the installation.
- на фиг. 4 представлено РЕМ изображение поверхности стентов после испытаний в зоне максимального пластического течения. - in Fig. 4 shows a PEM image of the stent surface after testing in the zone of maximum plastic flow.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ CARRYING OUT THE INVENTION
Для реализации предлагаемого в настоящем изобретении способа было разработано устройство (фиг.1). To implement the method proposed in the present invention, a device was developed (Fig. 1).
Установка (Фиг.1) содержит вакуумную камеру 1 с расположенной в ней дуальной магнетронной распылительной системой (MS) 2 с титановыми цилиндрическими катодами 3 к которой через затвор 5 присоединяется шлюзовая камера 6 с установленными в ней генератором газовой плазмы 7 для предварительной ионно-плазменной обработки и транспортировочным планетарным рабочим столом 8 для загрузки изделий; высоковакуумную откачную систему, включающую безмасляные средства откачки; трех канальную систему подачи газов 11; источник питания магнетронной распылительной системы 12, источник питания потенциала смещения рабочего стола 13, источники питания газового разряда 14, 15 генератора плазмы 7; систему автоматического управления 16 и средства контроля технологического процесса, включающие спектрометрический анализатор излучения плазмы 17, датчики давления и охлаждения, а также управляющий компьютер 18. Электромеханический привод М обеспечивает линейное перемещение рабочего стола 8 в вакуумную камеру 1 с помощью телескопического винтового устройства 21. Рабочий стол 8 оснащен планетарными сателлитами, имеют крепления для обрабатываемых изделий. The installation (Fig. 1) contains a vacuum chamber 1 with a dual magnetron sputtering system (MS) 2 located in it with titanium cylindrical cathodes 3 to which a lock chamber 6 is connected through a gate 5 with a gas plasma generator 7 installed in it for preliminary ion-plasma treatment and a transport planetary work table 8 for loading products; high-vacuum pumping system including oil-free pumping means; three-channel gas supply system 11; a power supply for the magnetron sputtering system 12, a power supply for the bias potential of the working table 13, power supplies for the gas discharge 14, 15 of the plasma generator 7; an automatic control system 16 and means for monitoring the technological process, including a spectrometric analyzer of plasma radiation 17, pressure and cooling sensors, and a control computer 18. The electromechanical drive M provides a linear movement of the working table 8 into the vacuum chamber 1 using a telescopic screw device 21. The working table 8 is equipped with planetary satellites and has attachments for the workpieces.
Вакуумная камера 1 - герметичный вакуумный объем, внутри которого размещена дуальная магнетронная система 2 с рабочей зоной обработки вдоль оси цилиндрических титановых электродов (катодов) 3. Vacuum chamber 1 is a sealed vacuum volume, inside of which there is a dual magnetron system 2 with a working area for processing along the axis of cylindrical titanium electrodes (cathodes) 3.
Вакуумная камера 1 имеет оптический канал для передачи излучения магнетронного разряда автоматическому спектрометру 17. Оптическая ось зонда 27 расположена параллельно поверхности цилиндрических катодов 3 в зоне прикатодной плазмы. В качестве спектрометра может быть использован, например, спектрометр марки AvaSpec-Mini 4096CL-UV-5, а качестве зонда - оптоволоконный кабель FC- UVIR600-2-ME. The vacuum chamber 1 has an optical channel for transmitting the radiation of the magnetron discharge to the automatic spectrometer 17. The optical axis of the probe 27 is parallel to the surface of the cylindrical cathodes 3 in the area of the near-cathode plasma. For example, an AvaSpec-Mini 4096CL-UV-5 spectrometer can be used as a spectrometer, and an FC-UVIR600-2-ME fiber optic cable can be used as a probe.
Магнетронная распылительная система MS состоит из двух, расположенных друг над другом, идентичных цилиндрических магнетронных электродов (или электродных устройств) 2 с собственными магнитными системами. The MS magnetron sputtering system consists of two, one above the other, identical cylindrical magnetron electrodes (or electrode devices) 2 with their own magnetic systems.
Система управления и контроля 16 предназначена для управления узлами и механизмами установки в соответствии с заданными алгоритмами ведения технологического процесса. The control and monitoring system 16 is designed to control the units and mechanisms of the installation in accordance with the specified algorithms for conducting the technological process.
Изделия, после ионной обработки в шлюзовой камере 6 перемещают в вакуумную камеру 1 телескопической транспортной системой (телескопическое винтовое устройство 21) рабочего стола 8 и во время напыления покрытий осуществляют круговое планетарное движение обрабатываемых изделий. The products, after ion treatment in the lock chamber 6, are moved into the vacuum chamber 1 by a telescopic transport system (telescopic screw device 21) of the working table 8, and during the spraying of coatings, a circular planetary motion of the processed products is carried out.
Симметричное биполярное питание от блока питания 12 подают на магнетронные электроды 2, осаждение сопровождается импульсным потенциалом смещения на изделиях, синхронизированным с изменением полярности на электродах 3. Стабильность процесса синтеза пленки обеспечивается контролем интенсивности спектральных линий излучения атомов титана, азота и кислорода в плазме магнетронного разряда, причем управляющий сигнал регуляторам расхода газов кислорода и азота нормирован к интенсивности линии излучения титана, а мощность магнетронного разряда и расход аргона стабилизированы. Symmetrical bipolar power from the power supply 12 is fed to magnetron electrodes 2, deposition is accompanied by a pulsed bias potential on the products, synchronized with the polarity change on the electrodes 3. The stability of the film synthesis process is ensured by monitoring the intensity of the spectral lines of radiation of titanium, nitrogen and oxygen atoms in the magnetron discharge plasma, moreover, the control signal to the regulators of the oxygen and nitrogen gas consumption is normalized to the intensity of the titanium emission line, and the power of the magnetron discharge and the argon consumption are stabilized.
ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА EXAMPLES OF SPECIFIC IMPLEMENTATION OF THE METHOD
По технологической программе, приведенной в таблице 1, была проведена обработка опытных партий внутрисосудистых имплантатов из стали 316L (AISI) и плоских образцов-свидетелей с различным соотношением расхода газов N2/O2 для дальнейших физико-механических и медико-биологических исследований, включающих как определение реакции полученных покрытий на различные моделирующие среды, так и взаимодействия с живыми тканями. Таблица !.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
According to the technological program shown in Table 1, the processing of pilot batches of intravascular implants made of steel 316L (AISI) and flat samples-witnesses with different ratio of gas consumption N2 / O2 for further physico-mechanical and medico-biological studies, including both the determination of the reaction of the obtained coatings to various modeling media, and interactions with living tissues. Table!.
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000012_0001
Структурная схема нанесенных покрытий приведена на фигуре 2, где 1 - материал стента, 2 - подслой титана, 3-переходный градиентный слой, 4- функциональный слой оксинитрида титана. Пример 1. Осаждение поверхностного слоя при соотношении расходов газовых реагентов N2/O2 равному 1,5 (с параметрами, указанными в Таблице 1). The structural diagram of the applied coatings is shown in figure 2, where 1 is the stent material, 2 is the titanium sublayer, 3 is a transition gradient layer, 4 is a functional layer of titanium oxynitride. Example 1. Deposition of the surface layer at a ratio of consumption of gas reagents N2 / O2 equal to 1.5 (with the parameters indicated in Table 1).
Подготовка изделий к нанесению покрытий. Preparation of products for coating.
Загрузка изделий - предварительно обезжиренные металлические заготовки стентов (20 металлических кардиостентов 1,6x18 мм пр-ва «Balton» Ltd.) - осуществляется подвеской на планетарные сателлиты рабочего стола 8 вакуумной ионно-плазменной установки (фиг.1) методом, минимизирующим площадь контакта с образцами. Образцы-свидетели (2 шт. - стекло, 2 шт. - сталь 316L (AISI) размещены в идентичных позициях. В качестве материала для подвески применялись петли из посеребренной медной жилы провода МС16-13 0,02. Диаметр 45 мкм обеспечивает малую площадь контакта с образцом и имеет достаточную жесткость для фиксации. Обработка изделий в вакуумной ионно-плазменной установке. Loading of products - pre-defatted metal stents (20 metal cardiostents 1.6x18 mm manufactured by "Balton" Ltd.) - is carried out by suspension on the planetary satellites of the desktop 8 of the vacuum ion-plasma installation (Fig. 1) by a method that minimizes the contact area with samples. Samples-witnesses (2 pcs. - glass, 2 pcs. - steel 316L (AISI) are placed in identical positions. Loops of a silver-plated copper conductor MC16-13 0.02 wire were used as a material for suspension. Diameter 45 microns provides a small contact area with the sample and has sufficient rigidity for fixation. Processing of products in a vacuum ion-plasma installation.
Откачка шлюзовой камеры до заданного уровня остаточного давления (- 6.7x10-3 Па). Pumping out the lock chamber to a predetermined level of residual pressure (- 6.7x10-3 Pa).
Далее обработка изделий осуществляется в автоматическом режиме в соответствии технологической программой (ТП), которая предполагает в соответствии с параметрами, приведенными в Таблице 1, последовательное выполнение следующих операций: Further, the processing of products is carried out automatically in accordance with the technological program (TP), which assumes, in accordance with the parameters given in Table 1, the sequential execution of the following operations:
- Ионно-плазменная очистка изделий в газовом разряде генератора плазмы за счет бомбардировки поверхности заряженными частицами, ускоренными подачей на рабочий стол импульсного потенциала смещения. - Ion-plasma cleaning of products in a gas discharge of a plasma generator due to bombardment of the surface with charged particles, accelerated by the supply of a pulsed displacement potential to the working table.
Для выполнения операции в генератор плазмы подается рабочий газ - аргон (позиция No 2: 1.08±0.05 л/ч (30% от максимального диапазона 3,6 л/ч)); включается привод рабочего стола в режиме реверса (позиция N°3: М - out); задаются параметры обработки и включаются (позиции N°4-9): накал катода (PS1 40 A, on) и питание разряда генератора (PS2 7,5А, on); подаются импульсы смещающего напряжения на рабочий стол (PS3 600 В, 6 мкс, 40 кГц, on); запускается таймер выполнения операции (позиция ° 10: Pause 300 с). По завершению таймера питание с генератора плазмы отключается (позиция N°10: PS1 off, позиция Nell: PS2 off) и выключается реверс (позиция N» 12: М - off). To perform the operation, the working gas is supplied to the plasma generator - argon (position No. 2: 1.08 ± 0.05 l / h (30% of the maximum range of 3.6 l / h)); the drive of the working table is switched on in reverse mode (position N ° 3: M - out); processing parameters are set and switched on (positions N ° 4-9): cathode heating (PS1 40 A, on) and generator discharge power (PS2 7.5A, on); Bias voltage pulses are applied to the desktop (PS3 600 V, 6 μs, 40 kHz, on); the timer for the operation is started (position ° 10: Pause 300 s). At the end of the timer, the power supply from the plasma generator is turned off (position N ° 10: PS1 off, position Nell: PS2 off) and reverse is turned off (position N ”12: M - off).
- Тренировка дуальной магнетронной распылительной системы (ДМС). - Training of a dual magnetron sputtering system (DMS).
Для этих целей программа корректирует натекание рабочего газа- аргона в рабочую камеру (позиция N°14: VF1 - 12%); включается биполярное питание на электроды ДМС в заданном режиме (позиции N°15-16: PS4 - 2.0 кВт, 10 кГц, on); производится тренировка магнетрона, заданное параметром программы время (позиция N°17: PAUSE 180 с), после чего снимается напряжение питания разряда (позиция N°18: PS4 - off). For these purposes, the program corrects the flow of the working gas-argon into the working chamber (position N ° 14: VF1 - 12%); the bipolar power supply is switched on to the DMS electrodes in the specified mode (positions N ° 15-16: PS4 - 2.0 kW, 10 kHz, on); the magnetron is trained for the time specified by the program parameter (position N ° 17: PAUSE 180 s), after which the discharge voltage is removed (position N ° 18: PS4 - off).
- Транспортировка рабочего стола из шлюзовой камеры в зону обработки- Transportation of the work table from the airlock to the processing area
ДМС. LCA.
Для этого включается привод рабочего стола в направлении транспортировки из шлюза (позиция Nel9: М - in); потенциал смещения снижается до значений, обеспечивающих осаждение покрытий (позиция N°20: PS3 250 В, 20 кГц); ожидается срабатывание индукционного датчика положения в рабочей камере, после чего начинается выполнение следующей операции. For this, the drive of the desktop is switched on in the direction of transportation from the lock (position Nel9: M - in); the bias potential is reduced to values suitable for deposition of coatings (position N ° 20: PS3 250 V, 20 kHz); the operation of the inductive position sensor in the working chamber is expected, after which the next operation starts.
- Осаждение металлического адгезионного подслоя (позиция 2 на фиг.2). При выполнении операции происходит включение оттренированной ДМС в режиме осаждения металла (позиция 1 21: VF1 - 6,5 N°22: PS4 - on) и производится осаждение пленки титана в течении заданного программой времени (позиция N°24: PAUSE - 300 с), что определяет толщину металлического подслоя 30±5 нм. Изделия, установленные на рабочем столе, совершают планетарное движение в рабочей зоне ДМС. - Deposition of a metal adhesive sublayer (position 2 in figure 2). When performing the operation, the trained LCA is switched on in the metal deposition mode (position 1 21: VF1 - 6.5 N ° 22: PS4 - on) and the titanium film is deposited within the time specified by the program (position N ° 24: PAUSE - 300 s) , which determines the thickness of the metal sublayer 30 ± 5 nm. Products installed on the working table make planetary motion in the working area of the LCA.
- Перевод параметров работы ДМС в режим осаждения оксида с формированием градиентного переходного слоя от металла к диоксиду титана (поз. 3 Фиг.2). Физически процесс сопровождается изменением параметров разряда при стабилизированной мощности: снижением потенциала и увеличением тока, а также к постепенному увеличению общего давления от ~ 0,1 до ~ 2,0 Па. Данный подход, обеспечивает стабильную последующую работу ДМС на ниспадающей ветви гистерезисной петли разряда в среде реактивных газов: аргон - кислород - азот. - Transfer of the parameters of the DMS operation to the oxide deposition mode with the formation of a gradient transition layer from metal to titanium dioxide (pos. 3 in Fig. 2). Physically, the process is accompanied by a change in the discharge parameters at a stabilized power: a decrease in potential and an increase in current, as well as a gradual increase in the total pressure from ~ 0.1 to ~ 2.0 Pa. This approach ensures the stable subsequent operation of the DMS on the descending branch of the hysteresis loop of the discharge in the medium of reactive gases: argon - oxygen - nitrogen.
Для этих целей снижается мощность разряда (позиция N°25: PS4 - 1.0кВт, 80 кГц) и включается подача кислорода (позиция N°26: VF2 - 12%) заданным расходом, обеспечивающем плавный переход в режим осаждения оксида в течении 3 4 минут. Разброс времени формирования необходимых параметров, а значит и толщина переходного слоя, зависит от различных вторичных факторов, поэтому таймер операции задается с заведомым превышением максимально необходимого времени процедуры (позиция N°27: Pause 240 с). За это время, в указанном режиме формируется градиентный слой (позиция 3 на Фиг.2) от металлического титана до аморфного диоксида толщиною порядка 10±2 нм. For these purposes, the discharge power is reduced (position N ° 25: PS4 - 1.0 kW, 80 kHz) and the oxygen supply (position N ° 26: VF2 - 12%) is switched on at a given flow rate, which ensures a smooth transition to the oxide deposition mode within 3-4 minutes ... The spread in the formation time of the required parameters, and hence the thickness of the transition layer, depends on various secondary factors, therefore the operation timer is set deliberately exceeding the maximum required procedure time (position N ° 27: Pause 240 s). During this time, in the specified mode, a gradient layer (position 3 in Fig. 2) is formed from titanium metal to amorphous dioxide with a thickness of about 10 ± 2 nm.
- Непосредственно осаждение функционального оксинитридного покрытия (позиция 4 на Фиг.2). - Directly deposition of a functional oxynitride coating (position 4 in Fig. 2).
В ходе выполнения этой операции производится: корректировка расхода кислорода (позиция N°28: VF2 - 3,40%); включение натекания в камеру азота (позиция N°29: VF3 - 5,10%) в соответствии с заданными стартовыми значениями (VF2, VF3); вывод параметров ДМС на заданную мощность разряда (позиция 30: PS4 - 3,0 кВт) ; а далее, после истечения времени, отведенного на стабилизацию газового баланса (позиция И: Pause - 30 с), включается контроль спектральных характеристик излучения прикатодной плазмы (позиция N°30: As — on). Обработанный управляющий сигнал спектрометра используется для корректировки кислорода и азота с целью стабилизации параметров осаждения функционального покрытия. Программное обеспечение (ПО) спектрометра составляет неотъемлемую часть программного обеспечения установки. In the course of this operation, the following is performed: oxygen consumption correction (position N ° 28: VF2 - 3.40%); inclusion of leakage into the nitrogen chamber (position N ° 29: VF3 - 5.10%) in accordance with the preset starting values (VF2, VF3); output of LCA parameters to a given discharge power (position 30: PS4 - 3.0 kW); and then, after the expiration of the time allotted for the stabilization of the gas balance (position I: Pause - 30 s), the monitoring of the spectral characteristics of the radiation of the cathode plasma is switched on (position N ° 30: As - on). The processed control signal of the spectrometer is used to correct oxygen and nitrogen in order to stabilize the deposition parameters of the functional coating. The software (software) of the spectrometer is an integral part of the software of the installation.
Simle-Scada для обмена данными с внешним оборудованием является ОРС- клиентом, который подключается к ОРС-серверу. For data exchange with external equipment, Simle-Scada is an OPC client that connects to the OPC server.
На фигуре 3 приведена схема обмена данными всего комплекса ПО. Функционально ПО спектрометра можно разделить на три модуля: Figure 3 shows a data exchange diagram of the entire software package. Functionally, the spectrometer software can be divided into three modules:
- библиотека AvaSpec DLL; - AvaSpec DLL library;
- программа обработки данных спектрометра; - spectrometer data processing program;
- ОРС-сервер. - OPC server.
Программа обработки данных взаимодействует со спектрометром посредством библиотеки AvaSpec DLL, обрабатывает полученные данные в соответствии с алгоритмом интегрирования пиков излучения и взаимодействует с ОРС-сервером для получения команд и выдачи результатов вычислений. The data processing program interacts with the spectrometer through the AvaSpec DLL, processes the received data in accordance with the radiation peak integration algorithm, and interacts with the OPC server to receive commands and issue the calculation results.
ОРС-сервер выполняет обмен данными с системой Simple-Scada программы управления установкой. The OPC server exchanges data with the Simple-Scada system of the plant control program.
Интерфейс ОРС-сервера включает набор переменных с фиксированными именами и типами данных. The OPC server interface includes a set of variables with fixed names and data types.
Управляющий сигнал реализует следующую функцию измеряемого спектра плазмы ДМС:
Figure imgf000015_0001
где Ii интегральная интенсивность сигнала ПЗУ матрицы
Figure imgf000015_0002
спектрометра, отвечающая пику длины волны излучения атомов титана Tίh, а г I
Figure imgf000015_0003
*ί отвечает излучению молекулярного кислорода. Величина '
Figure imgf000015_0004
Figure imgf000015_0005
The control signal implements the following function of the measured spectrum of the DMS plasma:
Figure imgf000015_0001
where Ii is the integrated intensity of the signal from the ROM of the matrix
Figure imgf000015_0002
spectrometer corresponding to the peak of the radiation wavelength of titanium atoms Tί h, and g I
Figure imgf000015_0003
* ί corresponds to the emission of molecular oxygen. The quantity '
Figure imgf000015_0004
Figure imgf000015_0005
Таким образом, корректируя текущий расход кислорода, система обеспечивает поддержание неизменного соотношения пиков излучения компонентов плазмы при стабилизированной мощности разряда. По истечении заданного интервала времени (позиция N°33: Pause 1800 с) отключается питание магнетрона, снимается потенциал с рабочего стола, перекрывается подача рабочих газов в вакуумную систему (позиции N«34 - Ке41). За время (1800 с) происходит осаждение слоя N-T1O2 (позиция 4 на фиг.2) толщиною 160±15 нм. Thus, by correcting the current oxygen consumption, the system maintains a constant ratio of the radiation peaks of the plasma components at a stabilized discharge power. After a predetermined time interval (position N ° 33: Pause 1800 s), the power supply to the magnetron is turned off, the potential is removed from the working table, the supply of working gases to the vacuum system is shut off (positions N «34 - Ke41). During the time (1800 s), the deposition of a layer of N-T1O2 (position 4 in Fig. 2) with a thickness of 160 ± 15 nm occurs.
Технологическая программа завершена. The technological program has been completed.
- При подаче следующей команды «НАПУСК» происходит транспортировка рабочего стола в шлюз, герметизация рабочей камеры и напуск атмосферы в объем шлюзовой камеры. - When the next command "START UP" is given, the working table is transported to the airlock, the working chamber is sealed and the atmosphere is released into the volume of the airlock.
Установка готова к следующему циклу обработки. The unit is ready for the next machining cycle.
Приведенная технологическая программа соответствует режиму осаждения поверхностного слоя при соотношении расходов газовых реагентов N2/O2 равному 1,5, заданных регуляторами VF2, VF3 (фиг.1) на шаге программы 28, 29. The given technological program corresponds to the mode of deposition of the surface layer with the ratio of the consumption of gas reagents N2 / O2 equal to 1.5, set by the regulators VF2, VF3 (Fig. 1) at the program step 28, 29.
Механические свойства покрытий исследовались методом динамического наноиндентирования на приборе NHT-S-000X при нагрузке 5 мН, а также с использованием сканирующего нанотвердомера «НаноСкан». Нанотвердость, модуль Юнга и контактная жесткость определялись по методу Оливера-Фарра. Упругое восстановление определялось по кривым нагрузки-разгрузки. The mechanical properties of the coatings were investigated by the method of dynamic nanoindentation using an NHT-S-000X device at a load of 5 mN, as well as using a NanoScan scanning nanohardness tester. Nanohardness, Young's modulus, and contact stiffness were determined by the Oliver-Pharr method. Elastic recovery was determined from load-unload curves.
Испытания на пластическую деформацию обработанных стентов проводилось методом баллонного раскрытия на максимальный диаметр при испытательном давлении в штатной системе до 2,0 Мпа с последующей электронной микроскопии зон растяжения и сжатия. Tests for plastic deformation of the treated stents were carried out by the method of balloon expansion to the maximum diameter at a test pressure in the standard system up to 2.0 MPa, followed by electron microscopy of the zones of tension and compression.
Толщина покрытия Ti— О— N определялась методом оптической элипсометрии плоских образцов-свидетелей, обработанных одновременно со стентами. Использовался спектроаналитический комплекс «САГ- 1891». Расчёт проводился с использованием дисперсионного уравнения Коши для прозрачных или полупрозрачных пленок. The thickness of the Ti – O – N coating was determined by the method of optical ellipsometry of flat witness specimens treated simultaneously with stents. The spectroanalytical complex "SAG-1891" was used. The calculation was carried out using the Cauchy dispersion equation for transparent or semitransparent films.
Для оценки биологических свойств покрытий, были привлечены методики, моделирующие взаимодействие образцов in vitro с биологическими средами. To assess the biological properties of coatings, methods were used that simulate the interaction of samples in vitro with biological media.
Автоматизированная хроматическая инфракрасная микроскопия проводилась с применением прибора Thermo Nicolet™ iN™ 10. Образцы с покрытием помещались в кюветы со средой, моделирующей биологическую жидкость организма (SBF) и альбумина. Для исследования динамических характеристик стентов использовалась установка, моделирующая их поведение в сосуде. Специальная система включала искусственный сосуд, перистальтический насос типа МСР Process IP 65 (ISMATEC GmbH), датчики для контроля температуры, скорости потока и значений pH. В качестве тестовой среды была использована имитация плазмы крови (SBP). Стенты устанавливались в силиконовые трубки (г = 1,5 мм) в условиях моделирования системы кровеносных сосудов. Automated chromatic infrared microscopy was performed using a Thermo Nicolet ™ iN ™ 10 instrument. Coated samples were placed in cuvettes containing body fluid (SBF) and albumin. To study the dynamic characteristics of stents, we used a device that simulates their behavior in a vessel. The special system included an artificial vessel, a peristaltic pump type MCP Process IP 65 (ISMATEC GmbH), sensors for monitoring temperature, flow rate and pH values. Simulated blood plasma (SBP) was used as a test medium. The stents were placed in silicone tubes (r = 1.5 mm) under conditions of simulating the blood vessel system.
Морфологические свойства поверхности образцов были проанализированы до и после воздействия с помощью сканирующего микроскопа (XL 30 ESEM-FEG Philips, напряжение 3,0 кВ). Элементный и химический анализ - с помощью EDS и FTIR микроскопии. The morphological properties of the surface of the samples were analyzed before and after exposure using a scanning microscope (XL 30 ESEM-FEG Philips, voltage 3.0 kV). Elemental and chemical analysis - using EDS and FTIR microscopy.
Гидрофильности/гидрофобность поверхности покрытия определялась методом измерения контактных углов прибором ОСА 20 (DataPhysics Instrument Gmbh) с соответствующем программным обеспечение SCA 202. The hydrophilicity / hydrophobicity of the coating surface was determined by measuring the contact angles using an OSA 20 instrument (DataPhysics Instrument Gmbh) with the appropriate SCA 202 software.
Электрохимическая коррозионная стойкость образцов стентов определялась по вольтамперной характеристике с линейной разверткой (LSW) с потенциостатом IviumStat.h. В качестве испытуемого раствора применялась SBP (pH = 7,4). The electrochemical corrosion resistance of the stent samples was determined from the linear sweep current-voltage characteristic (LSW) with an IviumStat.h potentiostat. SBP was used as the test solution (pH = 7.4).
Анализ взаимодействия живых тканей с покрытием проводилось методом тестирования in vitro реакции мезенхимных стволовых клеток человека (ММСК), выделенные из липоаспирата жировой ткани условно здорового донора. The analysis of the interaction of living tissues with the coating was carried out by in vitro testing of the reaction of human mesenchymal stem cells (MMSC) isolated from lipoaspirate of adipose tissue of a conventionally healthy donor.
Комплекс проведенных исследований показывает, что функциональные оксинитридные плёнки имеют квазиоднородную нанокристаллическую структуру N—The complex of studies performed shows that functional oxynitride films have a quasi-uniform nanocrystalline structure N—
T1O2 и состоят из аморфной фазы с присутствием нанокристаллитов анатаза и рутила.T1O2 and consist of an amorphous phase with the presence of anatase and rutile nanocrystallites.
С ростом потенциала смещения и увеличением содержания азота размеры кристаллитов снижаются, доля рутила растет, вплоть до полной аморфизации керамического слоя. Средний размер областей когерентного рассеяния (ОКР) - менее 10 нм. Анализ показывает, что наночастицы анатаза ограниченны плоскостями (101) и (100), а рутила - плоскостями (110). With an increase in the bias potential and an increase in the nitrogen content, the crystallite sizes decrease, the fraction of rutile increases, up to complete amorphization of the ceramic layer. The average size of coherent scattering regions (CSR) is less than 10 nm. Analysis shows that anatase nanoparticles are limited by the (101) and (100) planes, and rutile, by the (110) planes.
С помощью рентгеновской фотоэлектроной спектроскопии высокого разрешения (РФЭС ВР) показано, что титан окисляется до Ti4+ (стехиометрия Т1О2) независимо от соотношения N2 в рабочем газе. Спектры кислорода 01 S содержат пики, соответствующие связям Ti-0 (529,9 эВ), Ti-ON (531,3 эВ) и Ti-OH (532,4 эВ), соответственно. Рентгеновские смещения пиков Nls спектра азота относятся к хемосорбированному молекулярному азоту N2 (399,9 эВ) и оксидам азота NO (402,0 эВ) и NO2 (406,2 эВ). Свободная энергия Гиббса образования нитрида титана составляет AGTiN = -308/9 кДж / моль и AGTi02 = -888,9 кДж / моль, из-за этой разницы TiN не образуется в структуре пленки до отношения 2/O2 превышающим 2,0. Это предполагает локализацию оксидных форм азота по межзеренным границам в структуре N-Tίq2· Using high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS HR), it was shown that titanium is oxidized to Ti 4+ (T1O2 stoichiometry) regardless of the N2 ratio in the working gas. The 01 S oxygen spectra contain peaks corresponding to the bonds Ti-0 (529.9 eV), Ti-ON (531.3 eV), and Ti-OH (532.4 eV), respectively. X-ray shifts of the Nls spectrum peaks of nitrogen refer to chemisorbed molecular nitrogen N 2 (399.9 eV) and nitrogen oxides NO (402.0 eV) and NO2 (406.2 eV). The Gibbs free energy of formation of titanium nitride is AGTiN = -308/9 kJ / mol and AGTi02 = -888.9 kJ / mol, because of this difference, TiN is not formed in the film structure until the 2 / O2 ratio exceeds 2.0. This suggests the localization of nitrogen oxide forms along grain boundaries in the N-Tίq2
Результаты исследований физико-механических свойств покрытий представлены в таблице а 2. The results of studies of the physical and mechanical properties of coatings are presented in table a 2.
Таблица а 2
Figure imgf000018_0001
Table a 2
Figure imgf000018_0001
Азотсодержащие пленки N-T1O2, нанесенные методом реактивного магнетронного распыления обладают высокими значениями нанотвердости (до 28 ГПа), модуля Юнга (до 231 ГПа), упругим восстановлением (до 70%) и высокой адгезионной прочностью (до 376 МПа), и это определяет хорошие упругие свойства и трещиностойкость. Деформация стентов испытательным давлением показала, что процесс происходит без образования трещин и отслоений. Nitrogen-containing N-T1O 2 films deposited by reactive magnetron sputtering have high values of nanohardness (up to 28 GPa), Young's modulus (up to 231 GPa), elastic recovery (up to 70%), and high adhesive strength (up to 376 MPa), and this determines good elastic properties and crack resistance. The deformation of the stents by the test pressure showed that the process occurs without cracking and detachment.
На фигуре 4 представлено РЕМ изображение поверхности после испытаний в зоне максимального пластического течения, где а - стент без покрытия; b - стент с покрытием Ti + N-T1O2 (пример) после баллонной деформацией 2,0 МПа. Figure 4 shows a PEM image of the surface after testing in the zone of maximum plastic flow, where a is an uncoated stent; b - stent coated with Ti + N-T1O 2 (example) after balloon deformation of 2.0 MPa.
Испытания динамической стойкости при имитации сосудистой имплантации в моделирующей плазму крови проточной среды SBP показали, что наличие отложений наблюдались в отдельных узлах пластической деформации раскрытых стентов. Причем количество дефектных участков снижалось с повышением пластичности покрытия, вызванного снижением размеров зерен реализуемой структуры при увеличении концентрации азота и потенциала смещения. Основные типы отложений идентифицированы как апатиты, кальциты и фосфаты. Tests of dynamic stability during imitation of vascular implantation in the SBP flow medium simulating blood plasma showed that the presence of deposits was observed in individual nodes of plastic deformation of the opened stents. Moreover, the number of defective areas decreased with an increase in the ductility of the coating caused by a decrease in the grain size of the realized structure with an increase in the nitrogen concentration and displacement potential. The main types of sediments are identified as apatite, calcite and phosphate.
Инкубация клеток HUVEC после 24 и 48 часов показала отсутствие токсического воздействия поверхности Ti + N-T1O2 на культуры. Однако образцы с повышением содержания азота показали незначительное, но явно регистрируемое повышение метаболической активности. Они также показали самую низкую адсорбцию белка, и минимальное отложение солей от модельных жидкостей живого организма. Вариация соотношения реактивных газов при осаждении в сторону доминирования азота приводит к снижению шероховатости покрытия, снижению размеров зерна и, как следствие, повышению пластичности пленки, а значит снижению дефектности при имплантации стентов. Incubation of HUVEC cells after 24 and 48 hours showed no toxic effect of the Ti + N-T1O 2 surface on the cultures. However, samples with increased nitrogen content showed a slight but clearly detectable increase in metabolic activity. They also showed the lowest protein adsorption, and minimal salt deposition from model living body fluids. A variation in the ratio of reactive gases during deposition towards nitrogen dominance leads to a decrease in the roughness of the coating, a decrease in the grain size and, as a consequence, an increase in the plasticity of the film, and hence a decrease in defectiveness during implantation of stents.
Оценка дифференцировки культуры мультипотентных мезенхимных стромальных клеток (ММСК) после 21 -суточного контакта с тестируемыми образцами методами селективной цитологической окраски, показала, что образцы с покрытиемEvaluation of the differentiation of the culture of multipotent mesenchymal stromal cells (MMSC) after 21-day contact with the test samples by selective cytological staining, showed that the coated samples
Ti + N-T1O2 не вызывают дифференцировку культуры в остеобласты, хрящевые клетки и жировые клетки. В условиях проведенного 7-суточного сокультивирования образцы с_напылением Ti + N-T1O2 достоверно снижают (на 40 %, р <0,05) среднее число ММСК (обусловлено миграцией и делением клеток) в сравнении с покрытием тю2. Ti + N-T1O 2 does not cause differentiation of the culture into osteoblasts, cartilage cells and fat cells. In the context of the 7 day coculture samples s_napyleniem Ti + N-T1O 2 significantly reduced (by 40%, p <0.05) mean number MMSC (due to migration and cell division) in comparison with the coated hm 2.
На основании анализа полученных результатов по in vitro оценке влияния активных форм оксидов азота в магнетронном покрытии Ti + N-T1O2 можно сделать следующие выводы: - Покрытия биоинертны, что обуславливает низкий риск эктопической трансформации ММСК сосудистой стенки в другие типы клеток вокруг стентов с покрытием и образования кальцификатов. Based on the analysis of the results obtained on in vitro assessment of the effect of active forms of nitrogen oxides in the magnetron coating Ti + N-T1O 2 , the following conclusions can be drawn: - The coatings are bioinert, which leads to a low risk of ectopic transformation of the vascular wall MMSC into other cell types around the coated stents and the formation of calcifications.
- Ti + N-T1O2 покрытие, прежде всего для образца с N2/O2 - 1,5 уменьшают риск рестеноза, обусловленного избыточной регенерацией клеток.- Ti + N-T1O 2 coating, especially for the sample with N2 / O2 - 1.5, reduce the risk of restenosis due to excessive cell regeneration.
Таким образом, по результатам медико-биологических исследований сделано заключение, разработанный способ осаждения покрытий на основе оксинитрида титана благоприятствует адаптации имплантатов к биологической среде. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ Thus, according to the results of biomedical studies, it was concluded that the developed method of deposition of coatings based on titanium oxynitride favors the adaptation of implants to the biological environment. INDUSTRIAL APPLICABILITY
Предлагаемый способ обеспечивает нанесение равномерных нанокомпозитных многокомпонентных (Ti-0-N) покрытий на сосудистые стенты, за счёт равномерного осаждения материала в среде аргона и реакционных газов: кислорода, азота. Эффективность способа достигается за счет шлюзования изделий, разделения зон ионно-плазменной очистки поверхности изделий и напыления, перемещения рабочего стола для транспортировки изделий из шлюзовой в рабочую камеру с их планетарным вращением внутри специальной цилиндрической дуальной магнетронной системы в сочетании с синхронизированными импульсными режимами питания потенциала смещения рабочего стола, контроля процесса осаждения на основании спектральных характеристик плазмы, применения современного вакуумного оборудования и средств контроля, автоматизации технологического процесса. The proposed method provides the application of uniform nanocomposite multicomponent (Ti-0-N) coatings on vascular stents, due to the uniform deposition of the material in argon and reaction gases: oxygen, nitrogen. The effectiveness of the method is achieved by sluicing products, dividing the zones of ion-plasma cleaning of the surface of products and spraying, moving the working table for transporting products from the sluice to the working chamber with their planetary rotation inside a special cylindrical dual magnetron system in combination with synchronized pulse modes of supply of the displacement potential of the working table, control of the deposition process based on the spectral characteristics of the plasma, the use of modern vacuum equipment and controls, automation of the technological process.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия оксинитрида титана (Ti-N-O), на поверхность металлических внутрисосудистых стентов включает: 1. The method of applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride (Ti-N-O) on the surface of metal intravascular stents includes:
- размещение и закрепление упомянутых стентов на вращающемся планетарном рабочем столе вакуумной ионно-плазменной установки с дуальной магнетронной распылительной системой, включающей отдельные шлюзовую и вакуумную (рабочую) камеры; - placing and fixing the mentioned stents on a rotating planetary working table of a vacuum ion-plasma installation with a dual magnetron sputtering system, including separate airlock and vacuum (working) chambers;
- герметизацию рабочего стола в шлюзовой камере, снабженной генератором плазмы; - откачку шлюзовой камеры до заданного уровня остаточного давления и последующую очистку стентов в шлюзовой камере ионами аргона из газовой плазмы за счет подачи потенциала смещения на рабочий стол; - sealing the working table in the airlock equipped with a plasma generator; - pumping out the lock chamber to a predetermined level of residual pressure and subsequent cleaning of the stents in the lock chamber with argon ions from the gas plasma by supplying the bias potential to the working table;
- предварительную очистку (тренировку) электродов дуальной магнетронной распылительной системы, размещенной в рабочей камере, в атмосфере аргона; - preliminary cleaning (training) of the electrodes of the dual magnetron sputtering system, located in the working chamber, in an argon atmosphere;
- перемещение рабочего стола в вакуумную камеру, с размещением стентов внутри дуальной магнетронной распылительной системы, электроды которой имеют цилиндрическую форму, в которой последовательно осуществляют осаждение упомянутого покрытия, причем: - сначала на предварительно очищенную поверхность стентов проводят осаждение слоя металла - титана (Ti) высокой чистоты толщиною 15—40 нм, обеспечивающего повышенное сцепление и высокие пластические характеристики покрытия; - moving the working table into the vacuum chamber, with the placement of stents inside a dual magnetron sputtering system, the electrodes of which have a cylindrical shape, in which the deposition of the mentioned coating is sequentially carried out, and: - first, a layer of metal - titanium (Ti) high purity with a thickness of 15-40 nm, providing increased adhesion and high plastic characteristics of the coating;
- затем в атмосфере аргона и кислорода осуществляют формирование градиентного переходного слоя от металла к диоксиду титана (ТЮг) толщиной- then, in an atmosphere of argon and oxygen, the formation of a gradient transition layer from metal to titanium dioxide (TiOr) with a thickness
5-15 нм, 5-15 nm,
- и окончательно в атмосфере аргона, кислорода и азота при соотношении расхода газов N2/O2 равному 0,5— 2,5 осуществляют осаждение функционального оксинитридного слоя (N-T1O2) толщиною 100 - 200 нм. - and finally, in an atmosphere of argon, oxygen and nitrogen with a gas consumption ratio N2 / O2 equal to 0.5-2.5, a functional oxynitride layer (N-T1O2) with a thickness of 100-200 nm is deposited.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительную ионно-плазменную обработку изделий генератором газовой плазмы проводят при давлении 0,4-0, 8 Па, предпочтительно 0,6 Па, токе разряда 5-10 А, и импульсном потенциале смещения на рабочем столе с параметрами: длительностью импульса 3 - 25 мкс с амплитудой 500 -700 В, частотой 10 -80 кГц. 2. The method according to claim 1, characterized in that the preliminary ion-plasma treatment of products by a gas plasma generator is carried out at a pressure of 0.4-0.8 Pa, preferably 0.6 Pa, a discharge current of 5-10 A, and a pulse potential displacement on the desktop with parameters: pulse duration 3 - 25 μs, amplitude 500 - 700 V, frequency 10 - 80 kHz.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тренировку дуальной магнетронной распылительной системы проводят в атмосфере аргона при давлении 0,08 - 1,5 Па, мощности магнетронного разряда 1,5 - 2,5 кВт в течение 2 -4 мин. 3. The method according to claim 1, characterized in that the training of the dual magnetron sputtering system is carried out in an argon atmosphere at a pressure of 0.08 - 1.5 Pa, a magnetron discharge power of 1.5 - 2.5 kW for 2-4 minutes.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение покрытия осуществляют во внутреннем объеме дуальной магнетронной распылительной системы, образованном двумя цилиндрическими электродами, при планетарном вращении изделий и подаче на них импульсного потенциала смещения, составляющего 100 - 300В с частотою, вдвое превышающей частоту питания дуальной магнетронной распылительной системы и синхронизацией импульсов со сменой полярности на электродах. 4. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of the coating is carried out in the internal volume of the dual magnetron sputtering system formed by two cylindrical electrodes, with the planetary rotation of the products and supplying them with a pulsed bias potential of 100-300 V with a frequency twice the frequency power supply of the dual magnetron sputtering system and synchronization of pulses with polarity reversal on the electrodes.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение металлического адгезионного слоя титана проводят в атмосфере аргона при давлении 0,07-0,15 Па в течение 3-7 минут и мощности магнетронного разряда 1,5 - 3,5 кВт. 5. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of the titanium metal adhesive layer is carried out in an argon atmosphere at a pressure of 0.07-0.15 Pa for 3-7 minutes and a magnetron discharge power of 1.5-3.5 kW.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование промежуточного градиентного переходного слоя от металла к диоксиду титана проводят при мощности магнетронного разряда 1,0-1, 5 кВт, при этом расход кислорода подбирается таким образом, чтобы начало формирования на поверхности изделий аморфного диоксида титана происходило в течение 3—4 минут. 6. The method according to claim 1, characterized in that the formation of an intermediate gradient transition layer from metal to titanium dioxide is carried out at a magnetron discharge power of 1.0-1.5 kW, while the oxygen consumption is selected in such a way that the beginning of formation on the surface of the products amorphous titanium dioxide occurred within 3-4 minutes.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение функционального оксинитридного слоя производится при общем давлении 0,17-0,25 Па и мощности разряда - 3,0 - 3,5 кВт при частоте питания 10 —40 кГц. 7. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of the functional oxynitride layer is carried out at a total pressure of 0.17-0.25 Pa and a discharge power of 3.0-3.5 kW at a power frequency of 10-40 kHz.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при осаждении функционального оксинитридного слоя через 20-40 с после подачи смеси газов производят контроль спектра излучения плазмы из прикатодной области магнетронного разряда и корректировку текущего расхода кислорода и, пропорционально, азота с целью стабилизации соотношения интегральной интенсивности излучения плазмой спектральной линии титана к кислороду при неизменной мощности магнетронного разряда. 8. The method according to claim 1, characterized in that when the functional oxynitride layer is deposited, 20-40 s after the gas mixture is supplied, the plasma radiation spectrum from the cathode region of the magnetron discharge is monitored and the current flow rate of oxygen and, proportionally, nitrogen is adjusted in order to stabilize the ratio of the integral intensity of radiation by the plasma of the spectral line of titanium to oxygen at a constant power of the magnetron discharge.
9. Металлический внутрисосудистый стент, характеризующийся тем, что содержит на поверхности оксинитридное покрытие (Ti— N— О), полученное способом по любому из пунктов 1-8, причем упомянутое покрытие содержит нижний, прилегающий к поверхности, слой металла (Ti) — титана толщиною от 15—40 нм, градиентный переходный слой от металла (Ti) к диоксиду титана (ТЮг) толщиной 5-15 нм и верхний функциональный слой оксинитрида титана (N- ТЮг) толщиною 100 - 200 нм с содержанием азота в виде соединений N-0.9. Metal intravascular stent, characterized by the fact that it contains on the surface an oxynitride coating (Ti — N — O) obtained by the method according to any one of paragraphs 1-8, and the said coating contains a lower, adjacent to the surface, a layer of metal (Ti) - titanium thickness from 15-40 nm, a gradient transition layer from metal (Ti) to titanium dioxide (TiOr) with a thickness of 5-15 nm and an upper functional layer of titanium oxynitride (N-TiOr) with a thickness of 100-200 nm with a nitrogen content in the form of N-0 compounds.
10. Металлический внутрисосудистый стент по п. 9, отличающийся тем, что предпочтительно внутренний слой титана имеет толщину 30±5 нм, градиентный переходный слой от металла к диоксиду титана имеет толщину предпочтительно - 10±2 нм и верхний функциональный слой оксинитрида титана, предпочтительно - 160±15 нм. 10. A metal intravascular stent according to claim 9, characterized in that preferably the inner titanium layer has a thickness of 30 ± 5 nm, the gradient transition layer from metal to titanium dioxide has a thickness of preferably 10 ± 2 nm and the upper functional layer of titanium oxynitride, preferably - 160 ± 15 nm.
PCT/RU2019/000694 2019-09-30 2019-09-30 Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents WO2021066667A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2019/000694 WO2021066667A1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2019/000694 WO2021066667A1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021066667A1 true WO2021066667A1 (en) 2021-04-08

Family

ID=75338459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000694 WO2021066667A1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021066667A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8372250B2 (en) * 2007-07-23 2013-02-12 National Science And Technology Development Agency Gas-timing method for depositing oxynitride films by reactive R.F. magnetron sputtering
EA022113B1 (en) * 2010-02-26 2015-11-30 Имк Текнолоджи Консалтантс Гмбх Surface coatings for medical implants
WO2019164422A1 (en) * 2018-02-25 2019-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Вакуумные Ионно-Плазменные Технологии" Vacuum ion-plasma apparatus for applying titanium oxynitride coatings to the surface of metal intravascular stents

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8372250B2 (en) * 2007-07-23 2013-02-12 National Science And Technology Development Agency Gas-timing method for depositing oxynitride films by reactive R.F. magnetron sputtering
EA022113B1 (en) * 2010-02-26 2015-11-30 Имк Текнолоджи Консалтантс Гмбх Surface coatings for medical implants
WO2019164422A1 (en) * 2018-02-25 2019-08-29 Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Вакуумные Ионно-Плазменные Технологии" Vacuum ion-plasma apparatus for applying titanium oxynitride coatings to the surface of metal intravascular stents

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Long et al. Structure, bonding state and in-vitro study of Ca–P–Ti film deposited on Ti6Al4V by RF magnetron sputtering
Eliaz et al. The effect of surface treatments on the adhesion of electrochemically deposited hydroxyapatite coating to titanium and on its interaction with cells and bacteria
Mohseni et al. Comparative investigation on the adhesion of hydroxyapatite coating on Ti–6Al–4V implant: A review paper
US5674293A (en) Coated orthopaedic implant components
US5759376A (en) Method for the electrodeposition of hydroxyapatite layers
Wu et al. Bioapplication of TiN thin films deposited using high power impulse magnetron sputtering
Sobieszczyk Surface modifications of Ti and its alloys
Nieh et al. Processing and characterization of hydroxyapatite coatings on titanium produced by magnetron sputtering
Izman et al. Surface modification techniques for biomedical grade of titanium alloys: oxidation, carburization and ion implantation processes
US5980974A (en) Coated orthopaedic implant components
CN105862001B (en) A kind of TiN-Ag nano-composite coating and the preparation method and application thereof
Xuhui et al. Hydroxyapatite coatings on titanium prepared by electrodeposition in a modified simulated body fluid
Rabiei et al. A study on functionally graded HA coatings processed using ion beam assisted deposition with in situ heat treatment
Yang et al. Biomimetic Ca–P coating on pre-calcified Ti plates by electrodeposition method
Dinu et al. Characterization of electron beam deposited Nb2O5 coatings for biomedical applications
EP2827915B1 (en) A coating comprising strontium for body implants
Konischev et al. Structure and properties of Ti–O–N coatings produced by reactive magnetron sputtering
Nißen et al. The effect of deposition parameters on structure, mechanical and adhesion properties of aC: H on Ti6Al4V with gradient Ti-aC: H: Ti interlayer
Nißen et al. Enhancing adhesion strength of aC: H: Cu composite coatings on Ti6Al4V by graded copper deposition in a rf-PVD/PECVD hybrid process
Ergün et al. Effect of acid passivation and H2 sputtering pretreatments on the adhesive strength of sol–gel derived Hydroxyapatite coating on titanium surface
CN113636868B (en) Surface coating method of zirconia ceramic implant material and application thereof
Long et al. Reactive plasma‐aided RF sputtering deposition of hydroxyapatite bio‐implant coatings
WO2021066667A1 (en) Method for applying a vacuum ion-plasma coating of titanium oxynitride to the surface of intravascular stents
Thampi et al. Enhancement of bioactivity of pulsed magnetron sputtered TiCxNy with bioactive glass (BAG) incorporated polycaprolactone (PCL) composite scaffold
VV et al. Biomineralisation with Saos-2 bone cells on TiSiN sputtered Ti alloys

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19947891

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 29/08/2022)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19947891

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1