Способ получения композиционного пористого биоактивного покрытия

Изобретение относится к способам напыления композиционных пористых биоактивных покрытий и может быть использовано для формирования покрытий на поверхности внутрикостных имплантатов, фильтрующих покрытий, носителей катализаторов. Способ получения композиционного пористого биоактивного покрытия включает напыление на подложку на первой стадии слоя металлического покрытия под углом к подложке более 45°, напыление на него на второй стадии слоя из того же металлического материала под углом к подложке менее 45° и напыление на полученные слои на третьей стадии биоактивного керамического слоя, при этом напыление слоев на всех трех стадиях осуществляют при температуре подложки 200-900°С, а биоактивный керамический слой на третьей стадии напыляют под углами 45-90° к поверхности слоя металлического покрытия, сформированного на второй стадии напыления. Техническим результатом изобретения является увеличение сдвиговой прочности композиционного покрытия при сохранении его пористости 10-60% и размера пор 10-600 мкм. 3 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к формированию пористых покрытий на поверхности, и может быть использовано для формирования покрытий на внутрикостных имплантатах, фильтрующих покрытиях, носителях катализаторов.

Известен способ напыления пористых покрытий в четыре стадии [Internationale WO 86|06617. 20 November 1986 (20.11.86). Coating of an Implant Body]. На первой стадии напыляют плотное металлическое титановое покрытие на подложку. На второй стадии напыляют пористое металлическое титановое покрытие за счет увеличения размера напыляемых частиц и уменьшения мощности плазмотрона. На третьей стадии напыляют смесь металлического и керамического биоактивного порошка гидроксиапатита для формирования переходного слоя. На четвертой стадии напыляют керамический биоактивный слой гидроксиапатита.

Покрытие, сформированное по данному способу, имеет следующие недостатки. Точечные контакты между сферическими частицами пористого титанового слоя, напыленного на второй стадии, определяют низкую прочность покрытия в целом. Размер пор ограничен, а сами поры имеют неблагоприятную форму: то расширяются, то сужаются. Это неблагоприятно для врастания и функционирования новой костной ткани. При напылении четвертого керамического слоя существенно уменьшается величина пористости и размер пор покрытия, напыленного на второй стадии. Эти недостатки существенно уменьшают эффективность использования таких покрытий на поверхности имплантатов. В результате покрытие разрушается в организме человека. Поэтому в ряде стран такие покрытия используются только с дополнительным цементом, несколько повышающим прочность покрытий, но полностью закрывающим поры.

Известен способ формирования композиционного покрытия, в котором первый плотный слой на подложку напыляют под углом соударения частиц с подложкой более 45° [Патент РФ "Способ получения покрытий" №2146302, 7 С23С 4/12, 10.03.2000, Бюл. №7]. Второй слой покрытия напыляют под углом к подложке меньше 45°. При напылении покрытия по данному способу формируется пористое покрытие в виде гребней и впадин, образуя трехмерное капиллярно-пористое покрытие. Основной объем пористого пространства расположен в таких покрытиях во впадинах. Отсутствие биоактивного слоя на поверхности покрытия увеличивает сроки врастания новой костной ткани в пористое пространство титанового покрытия.

Наиболее близким является способ получения композиционного пористого покрытия [патент РФ "Способ получения покрытий" №2423545, С23С 4/12, С23С 4/04. Дата публикации: 10.04.2012], включающий напыление слоя металлического материала под углом к подложке более 45° на первой стадии и напыление слоя из того же металлического материала под углом менее 45° - на второй стадии, отличающийся тем, что на дополнительной третьей стадии осуществляют напыление биоактивного керамического слоя под углом 90°, при этом напыление слоев осуществляют при температуре на 100-1000°C выше температуры плавления напыляемого материала и со скоростью напыляемых частиц 100-700 м/с.

При напылении керамического слоя по способу, описанному в прототипе, под углом 90° к положке, напыляемые частицы керамического порошка соударяются с поверхностью гребней второго слоя под углом менее 45°, что приводит к формированию пористости в керамическом слое и снижению его механических свойств, и к снижению прочности соединения композиционного покрытия с костной тканью. Для применений биоактивных композиционных покрытий необходимо кроме высоких значений пористости до 60% иметь высокие значения прочности этих покрытий.

Этот третий способ напыления пористого покрытия приняли в качестве прототипа.

Задачей изобретения является: способ повышения механических свойств всех слоев композиционного покрытия, в том числе биоактивного керамического покрытия при максимальной плотности керамического покрытия.

Техническим результатом изобретения является повышение сдвиговой прочности композиционного покрытия в целом при сохранении его пористости покрытия 10-60% и размера пор 10-600 мкм.

Технический результат достигается тем, что способ получения композиционного пористого биоактивного покрытия, включающий напыление на первой стадии под углом к подложке более 45° и на второй стадии под углом к подложке менее 45° и напыление керамического покрытия на третьей стадии, согласно изобретению напыление керамического слоя покрытия на третьей стадии ведут под углами 45-90° к поверхности слоя металлического покрытия, сформированного на второй стадии, с нагревом подложки на всех стадиях напыления до 200-900°C.

Получаемый технический результат можно объяснить тем, что подогрев подложки до 200-900°C позволяет повысить прочность всех трех слоев покрытия, а получение прочного керамического слоя на третей стадии объясняется дополнительным фактором, напылением плотного керамического покрытия под углами 45-90° к поверхности слоя металлического покрытия.

В предлагаемом способе на первой стадии процесса напыляют плотный металлический слой под углом более 45°, на второй стадии процесса под углом к подложке менее 45° напыляют пористое покрытие в виде гребней и впадин. Пористость второго слоя покрытия определяет пористость покрытия в целом. На третьей стадии процесса напыляют керамическое покрытие под углом 45-90° к поверхности гребней (второй слой покрытия). Напыление керамического покрытия на третьей стадии преследует цель сформировать покрытие на всей свободной поверхности гребней, сформированных на второй стадии напыления. Напыление слоя керамического покрытия под углом 45-90° к поверхности гребней позволяет получить на поверхности гребней плотное и прочное керамическое покрытие без существенных уменьшений пористости второго слоя, полученного на второй стадии.

Пример 1

При напылении композиционного покрытия по предлагаемому способу сформировали покрытие в три стадии при подогреве подложки 200°C. На первой стадии напылили титановый слой из титановой проволоки толщиной 100 мкм. Напыление вели под углом 70-90° к подложке. На второй стадии напыление вели из титановой проволоки под углом 30°, толщина покрытия 600 мкм. На третьей стадии напыление вели под углами 45-90° к поверхности гребней из порошка гидроксиапатита с размером частиц 25-40 мкм, толщина покрытия гидроксиапатита 90 мкм. Среднее значение сдвиговой прочности композиционного покрытия 120 МПа, пористость покрытия 55%, средний размер пор 600 мкм.

Пример 2

При напылении композиционного покрытия по предлагаемому способу сформировали покрытие в три стадии при подогреве подложки 400°C. На первой стадии напылили танталовый слой из танталовой проволоки толщиной 50 мкм. Напыление вели под углом 90° к подложке. На второй стадии напыление вели из танталовой проволоки под углом 35°, толщина покрытия 600 мкм. На третьей стадии напыление вели под углами 50-80° к поверхности гребней из порошка гидроксиапатита с размером частиц 40-63 мкм, толщина покрытия гидроксиапатита 100 мкм. Среднее значение сдвиговой прочности композиционного покрытия 130 МПа, пористость покрытия 46%, средний размер пор 450 мкм.

Пример 3

При напылении композиционного покрытия по предлагаемому способу сформировали покрытие в три стадии при подогреве подложки 900°C. На первой стадии напылили титановый слой из порошка с размером частиц 30-71 мкм толщиной 50 мкм. Напыление вели под углом 90° к подложке. На второй стадии напыление вели из титанового порошка с размером частиц 30-71 мкм под углом 25°, толщина покрытия 500 мкм. На третьей стадии напыление вели под углом под углами 50-80° к поверхности гребней из порошка гидроксиапатита с размером частиц 25-32 мкм, толщина покрытия гидроксиапатита 30 мкм. Сдвиговая прочность покрытия 125 МПа, пористость покрытия 60%, средний размер пор 500 мкм.

Таким образом, поставленная задача решена. В предлагаемом способе напыления композиционного пористого покрытия получен объем пористости покрытия - 30-60%, размер пор - 300-600 мкм. Сдвиговая прочность покрытия выше, чем в прототипе.

Способ получения композиционного пористого биоактивного покрытия, включающий напыление на подложку на первой стадии слоя металлического покрытия под углом к подложке более 45°, напыление на него на второй стадии слоя из того же металлического материала под углом к подложке менее 45° и напыление на полученные слои на третьей стадии биоактивного керамического слоя, отличающийся тем, что напыление слоев на всех трех стадиях осуществляют при температуре подложки 200-900°С, а биоактивный керамический слой на третьей стадии напыляют под углом 45-90° к поверхности слоя металлического покрытия, сформированного на второй стадии напыления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и может быть использовано в электротехнике.

Изобретение относится к формированию на поверхности медных электрических контактах покрытий и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошков молибдена и никеля, взятых в соотношении 10:1 массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы Mo-Ni-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к способу изготовлению детали из хромосодержащего жаропрочного сплава на основе никеля и может найти применение при изготовлении деталей газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки поверхности изделий из алюминия или алюминиевых сплавов. Поверхность изделия подвергают импульсному энергетическому воздействию излучением импульсного оптоволоконного иттербиевого лазера с длиной волны 1,065 мкм при удельной мощности излучения 4,539⋅1010…8,536⋅1010 Вт/см2, частоте следования импульсов 20…40 кГц и скорости сканирования поверхности лазерным излучением 250…700 мм/с.

Изобретение относится к способу аддитивной обработки деталей из сплавов системы Al-Si и может быть использовано в машиностроительных отраслях для изготовления и восстановления малоразмерных изделий и их конструктивных элементов, преимущественно, поперечного размера в субмиллиметровом диапазоне (менее 1 мм).

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента и металлических деталей машин. Способ плазменного нанесения покрытия на металлическую заготовку включает нагрев поверхности заготовки и плазменное напыление слоя покрытия на ее поверхность, при этом осуществляют нагрев участка поверхности, на который наносят покрытие, плазменной струей до температуры, при которой размер расширенного тепловым потоком участка поверхности будет равен размеру наносимого покрытия на упомянутом участке при температуре напыления, после нанесения требуемого слоя напыление прекращают и измеряют температуру поверхности покрытия и температуру поверхности заготовки на границе напыленного слоя и устраняют разницу в температурах путем регулирования подачи охлаждающей среды на границу раздела напыленного слоя и заготовки до их остывания.

Изобретение относится к области получения электрических контактов, в частности к формированию на медных электрических контактах покрытий на основе вольфрама, никеля и меди, которые могут быть использованы в электротехнике.

Изобретение относится к способу армирования передней кромки (16) лопасти (12) для ее защиты, а также к лопасти с армированием и может найти применение при изготовлении или восстановлении лопасти турбинного двигателя, вертолета или пропеллера.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к способу маскировки тел с помощью эффекта огибания светом границы среды с квазинулевым показателем преломления.

Изобретение относится к изготовлению теплоизлучающих элементов. Способ включает размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки либо путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, либо путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, и их окисления, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют.

Изобретение относится к способу изготовления оправки для использования в пресс-валковом прошивном стане для изготовления бесшовной стальной трубы/трубки. Способ включает дробеструйную обработку поверхности оправки и электродуговое напыление с использованием проволоки с наполнителем, состоящей по одному из вариантов из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы ZrO2 в количестве от 2,5 до 30,0 об.%, при этом на поверхности оправки формируют пленку, содержащую оксид железа, железо и частицы ZrO2, а по второму варианту при электродуговом напылении используют проволоку с наполнителем, состоящую из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы BN в количестве от 5,0 до 20,0 об.%, с формированием на поверхности оправки пленки, содержащей оксид железа, железо и частицы BN.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к плазменному напылению на детали, эксплуатируемые в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали, включающий ввод дисперсного порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля через кольцевую щель в воздушно-плазменную струю с последующей газодинамической фокусировкой и напыление его на предварительно обработанную поверхность стальной детали, отличающийся тем, что используют порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля состава Ni-Cr-B-Si-C или Ni-Al, частицы которого плакированы твердорастворным сплавом Ni-Cr с толщиной слоя 2-6 мкм, при этом в качестве фокусирующего газа используют смесь воздуха и природного газа, взятых в соотношении природный газ : воздух =(1,86÷4,88):1, а напыление осуществляют при среднемассовой температуре струи плазмы 5750÷6500 К и ее среднемассовой скорости 2170÷2500 м/с.

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных деталей, подвергающихся износу в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя.

Изобретение относится к наружному покрытию, применяемому для элементов подземного трубопровода, изготовленных из материала на основе железа. Наружное покрытие для элемента подземного трубопровода, изготовленного из материала, на основе железа, причем упомянутое покрытие имеет первый пористый слой и второй пористый слой, расположенный на первом слое и способный закупоривать поры первого слоя. Первый слой содержит по существу чистый цинк, или цинковый сплав, или псевдосплав, причем указанный сплав или псевдосплав содержит, по массе, по меньшей мере 50% цинка, и второй слой содержит однокомпонентную краску на водной основе, изготовленную по меньшей мере из одной синтетической смолы, эмульгированной, диспергированной или растворенной в воде. Способ нанесения наружного покрытия на упомянутый элемент трубопровода включает следующие стадии: a) нанесение методом металлизации на упомянутый элемент трубопровода первого пористого слоя, содержащего по существу чистый цинк, или цинковый сплав, или псевдосплав, причем указанный сплав или псевдосплав содержит, по массе, по меньшей мере 50% цинка, и b) нанесение на первый слой, не содержащий белого налета, второго пористого слоя, содержащего однокомпонентную краску на водной основе, изготовленную по меньшей мере из одной синтетической смолы, эмульгированной, диспергированной или растворенной в воде. Обеспечивается эффективная защита элемента трубопровода от коррозии, в особенности от почвенной коррозии, при улучшенных санитарных и экологических свойствах. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к способам напыления композиционных пористых биоактивных покрытий и может быть использовано для формирования покрытий на поверхности внутрикостных имплантатов, фильтрующих покрытий, носителей катализаторов. Способ получения композиционного пористого биоактивного покрытия включает напыление на подложку на первой стадии слоя металлического покрытия под углом к подложке более 45°, напыление на него на второй стадии слоя из того же металлического материала под углом к подложке менее 45° и напыление на полученные слои на третьей стадии биоактивного керамического слоя, при этом напыление слоев на всех трех стадиях осуществляют при температуре подложки 200-900°С, а биоактивный керамический слой на третьей стадии напыляют под углами 45-90° к поверхности слоя металлического покрытия, сформированного на второй стадии напыления. Техническим результатом изобретения является увеличение сдвиговой прочности композиционного покрытия при сохранении его пористости 10-60 и размера пор 10-600 мкм. 3 пр.

Наверх