Способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты

Авторы патента:

C25D11/26 - тугоплавких металлов или их сплавов

C23C4/00 - Способы покрытия путем распыления материала в расплавленном состоянии, например пламенное, плазменное или дуговое напыление (металлизаторы B05B; производство сплавов, содержащих волокна или нити термическим распылением металла C22C 47/16; плазмотроны H05H)

A61L27/04 - металлы или сплавы

A61F2/02 - имплантируемые протезы

A61F2/00 - Фильтры, имплантируемые в кровеносные сосуды; протезы, т.е. искусственные части тела; приспособления для прикрепления их к телу (как косметические изделия см. соответствующие подклассы, например парики, шиньоны A41G 3/00,A41G 5/00; искусственные ногти A45D 31/00; зубные протезы A61C 13/00; материалы для протезов A61L 27/00; искусственное сердце A61M 1/10; искусственные почки A61M 1/14)

Владельцы патента RU 2686093:

Романов Денис Анатольевич (RU)

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и направлено на формирование на титановых имплантатах покрытий на основе ниобия. Способ включает электрический взрыв ниобиевой фольги массой 50-500 мг, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности титанового имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м², осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней биоинертного покрытия на основе ниобия. Предлагаемый способ позволяет сформировать поверхностный слой с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, расширяет область практического применения. Способ может быть использован в медицинской технике, в травматологии и ортопедии для нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия с высокой адгезией. 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии, в частности, к технологии получения на поверхности титановых имплантатов, работающих в организме человека, покрытий на основе ниобия, которые могут быть использованы в области медицины с целью получения биосовместимых низкомодульных сплавов системы Ti-Nb.

Известно покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его нанесения (RU №2154463, МПК А61К 6/033, A61N 1/32, опубл. 20.08.2000), которое содержит оксид титана и дополнительно содержит кальций-фосфатные соединения, взятые в определенном количественном соотношении. Способ его нанесения заключается в анодировании титана и его сплавов импульсным током в условиях искрового разряда, при этом процесс ведут в насыщенном растворе гидроксиапатита в фосфорной кислоте концентрацией 5-20% или 3-5% суспензии гидроксиапатита дисперсностью менее 100 мкм в этом насыщенном растворе.

Недостатком данного способа является то, что его реализация не позволяет получать сплошные и прочные покрытия, а также покрытия толщиной более 30 мкм.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является покрытие на имплантат из титана и его сплавов и способ его приготовления (RU 2502526, МПК A61L 27/06, A61L 27/02, А61Е 2/02, опубл. 27.12.2013). Покрытие на имплант из титана и его сплавов состоит из двух слоев, первый слой состоит из оксидов титана, в основном TiO₂, второй слой состоит из оксида алюминия гамма-модификации, общая толщина двухслойного покрытия составляет от 40 до 180 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. %: оксид титана, в пересчете на TiO₂ - 10-30; гамма-оксид алюминия - 70-90. Способ получения покрытия включает механическую обработку поверхности импланта, обезжиривание, термическую обработку для получения на поверхности импланта оксидов титана, последующее нанесение второго слоя. Обезжиривание ведут в растворе щелочи - КОН, NaOH, термическую обработку осуществляют в интервале температур 700-800°С с последующим получением двухслойного покрытия из оксида титана и оксида алюминия, при этом вначале наносят гидроксид алюминия в нагретом до 60-90°С растворе алюминатов щелочных металлов с последующей выдержкой в этом растворе до комнатной температуры, дальнейшей промывкой, сушкой и термической обработкой покрытия при температуре 500-600°С для получения вторичного покрытия из оксида алюминия.

Недостатком способа является низкая адгезия вторичного биоинертного или биосовместимого покрытия.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением является получение биоинертного или биосовместимого покрытия на основе ниобия на поверхности различных титановых имплантатов с высокой адгезией.

Существующая техническая проблема решается тем, что предложен способ нанесения биоинертных покрытий на основе ниобия на титановые имплантаты, включающий электрический взрыв ниобиевой фольги массой 50-500 мг, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности титанового имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м², осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней биоинертного покрытия на основе ниобия.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в том, что, при электрическом взрыве ниобиевой фольги продукты разрушения образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности титановых имплантатов покрытия на основе ниобия. Электровзрывное напыление приводит к формированию в покрытии высокодисперсной и однородной структуры. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании поверхностного слоя с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, и расширяет область практического применения.

Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при электровзрывном напылении на титановых имплантатах путем электрического взрыва ниобиевой фольги при поглощаемой плотности мощности 1,5-1,8 ГВт/м² происходит формирование покрытия на основе ниобия (фиг. 3). Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 1,5-1,8 ГВт/м², установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 1,5 ГВт/м² не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из титана, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 1,8 ГВт/м² происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы алюминиевой фольги менее 50 мг покрытие неоднородно распределяется на поверхности титанового имплантата. При значении массе ниобиевой фольги более 500 мг покрытие на основе ниобия на поверхностях титановых имплантатов обладает большим количеством дефектов. Граница электровзрывного покрытия с подложкой не является ровной, что позволяет увеличить адгезию покрытия с подложкой.

Значения микротвердости сформированных покрытий находятся в ин-тервале 88…100 кг/мм². Нанотвердость измеряли с использованием системы Agilent U9820A Nano Indenter G200. Значения нанотвердости сформированных покрытий составляет 90 кгс/мм². Модуль упругости сформированных покрытий составил 70 ГПа, предел прочности при растяжении 57 кг/мм². Биологическая аттестация in vitro показала, что электровзрывные покрытия на основе ниобия покрытия на титановых подложках не оказывают цитотоксического действия, обладают высокой биоактивностью и проявляют анти-бактериальный эффект, что позволяет их рекомендовать для нанесения на имплантаты из биоинертных сплавов для остеосинтеза.

Способ поясняется рисунками, где: на фиг. 1 представлена структура поперечного сечения поверхностного слоя электровзрывного покрытия на основе ниобия на титане марки ВТ1-0; на фиг. 2 - структура поперечного сечения границы между покрытием на основе ниобия и титановой подложкой; на фиг. 3 - структура покрытия на основе ниобия.

Примеры конкретного осуществления способа:

Пример 1.

Обработке подвергали титановый штифт (ввинчивается в челюстную кость) дентального имплантата площадью 1 см. Использовали ниобиевую фольгу массой 50 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность титанового штифта дентального имплантата при поглощаемой плотности мощности 1,5 ГВт/м и формировали на ней электровзрывное покрытие на основе ниобия.

Получили биоинертное покрытие на основе ниобия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии.

Пример 2.

Обработке подвергали титановую пластину Т-образную косую площа-дью 15 см, применяемую для остеосинтеза дистального метаэпифиза лучевой кости. Использовали ниобиевую фольгу массой 500 мг. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность Т-образной косой пластины при поглощаемой плотности мощности 1,8 ГВт/м² и формировали на ней электровзрывное покрытие на основе ниобия.

Получили биоинертное покрытие на основе ниобия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии.

Предлагаемый способ позволяет сформировать поверхностный слой с высокой адгезией покрытия с подложкой из титана, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы имплантатов, и расширяет область практического применения.

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

Способ нанесения биоактивного покрытия на титановые имплантаты // 2684617

Изобретение относится к медицинской технике и раскрывает способ нанесения биоактивного покрытия на титановые имплантаты. Способ характеризуется тем, что готовят раствор для покрытия, представляющий собой электролит, содержащий ортофосфорную кислоту, биоактивный гидроксиапатит, нанодисперсный германий и дистиллированную воду с последующим нанесением покрытия на титановый имплантат посредством микродугового нанесения при длительности импульса - 150-200 мкс, частоте следования импульсов 1-45 Гц и напряжении 310-400 В в течение 12-20 мин при постоянном перемешивании электролита.

Способ формирования покрытия на имплантате из сплава титана // 2681329

Изобретение относится к области гальванотехники, в частности к анодированию сплавов титана, и может быть использовано в травматологии, ортопедии и стоматологии. Способ включает анодирование имплантата импульсным током в условиях искрового разряда при напряжении 170-200 В и температуре 10-20°С в течение 15-30 мин при постоянном перемешивании в электролите, содержащем раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10%, порошок СаО до пересыщенного состояния и 10% порошка гидроксиапатита дисперсностью менее 70 мкм, при этом электролит дополнительно содержит 2,5-15 мас.% раствора хитозана, полученного при растворении сухого порошка хитозана в уксусной кислоте с концентрацией 4,5%, а анодирование ведут, пропуская ток положительной полярности со скоростью подъема напряжения 1-3 В/сек, с частотой следования импульсов 50 Гц и длительностью импульса 9,7 мс.

Способ формирования теплозащитной пленки // 2662843

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Способ формирования теплозащитной пленки заключается в том, что формируют анодную оксидную пленку, имеющую верхнюю поверхность, снабженную порами, сформированными на ней, посредством обработки анодирования части, составляющей камеру сгорания двигателя.

Способ получения поверхностно-обработанного материала из металлического титана или материала из титанового сплава и поверхностно-обработанный материал // 2660793

Изобретение относится к способу получения поверхностно-обработанного титана или титанового сплава, используемого для применения в материале, выбранном из группы, состоящей из фотокаталитических материалов, материалов элементов фотоэлектрического преобразования, устойчивых к скольжению материалов и износостойких материалов.

Способ формирования нанопористого анодно-оксидного покрытия на изделиях из порошкового губчатого титана // 2645234

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении имплантатов, катализаторов и фильтрующих элементов. Способ включает обработку изделий из порошкового губчатого титана в ультразвуковой ванне последовательно в этаноле и воде по 10-12 минут, затем сушку при 90°C и анодирование во фторсодержащем растворе серной кислоты в течение 30-60 минут с последующей отмывкой в воде и сушкой при 90°C.

Способ формирования нанопористого оксида на поверхности имплантата из порошкового ниобия // 2633143

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано при изготовлении имплантатов. Способ формирования нанопористого оксида на поверхности имплантата из порошкового ниобия, включающий обработку в ультразвуковой ванне последовательно в ацетоне и этаноле, промывку в дистиллированной воде, сушку на воздухе и анодирование в водном растворе 1М H2SO4+1% HF в гальваностатическом режиме при плотности тока 0.01 А/дм2 в течение одного часа.

Способ получения покрытий на основе нанопористого диоксида титана // 2631780

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к технологии получения пористого покрытия, представляющего собой высокоупорядоченный массив нанотрубок диоксида титана, и может быть использовано в устройствах для очистки воды и воздуха от органических соединений, в производстве комплексов промышленной экологии, а также в устройствах для выработки водорода.

Способ микродугового оксидирования прутков из титановой проволоки для выполнения износостойких наплавок // 2625516

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для микродугового оксидирования (МДО) сварочной проволоки из титановых сплавов, применяемой при изготовлении изделий судовой арматуры и механизмов, изделий химического машиностроения и др.

Способ получения тонких слоев силиката висмута // 2617580

Изобретение относится к технологии изготовления тонких слоев силиката висмута, которые обладают высокой диэлектрической постоянной и могут найти применение для создания диэлектрических слоев на токопроводящих поверхностях, используемых в качестве фоторефрактивного материала в устройствах записи и обработки информации, в тонкопленочных конденсаторах.

Способ нанесения биоинертных покрытий на основе циркония на титановые имплантаты // 2686092

Способ формирования градиентного покрытия методом лазерной наплавки // 2683612

Изобретение относится к способу формирования функционально-градиентного покрытия селективной лазерной наплавкой. В фокус лазерного излучения подают порошковый материал по крайней мере из двух автономно работающих дозаторов, в одном из которых находится порошок с низкой микротвердостью (менее HRC30) и высоким коэффициентом термического расширения (КТР) (более 9*10-6 К-1), а в другом - с высокой микротвердостью (более HRC70) и низким КТР (менее 6*10-6 К-1).

Наплавленное покрытие с карбидом титана и способ его изготовления // 2682738

Изобретение относится к способу получения наплавленного покрытия на подложке (варианты), материалу для получения наплавленного покрытия (варианты) и наплавленному на подложку покрытию(варианты).

Способ изготовления тормозного диска и тормозной диск для транспортного средства // 2678539

Группа изобретений относится к области транспорта. Способ изготовления тормозного диска, в котором фрикционный слой расположен в некоторых областях на основном корпусе тормозного диска.

Способ упрочнения поверхности вольфрамовой пластины // 2675194

Изобретение относится к обработке и упрочнению поверхности вольфрамовой пластины, подвергающейся интенсивным тепловым нагрузкам, в частности, в установках термоядерного синтеза, в которых вольфрам используют в качестве материала первой стенки и пластин дивертора.

Электродуговой плазмотрон // 2672961

Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы.

Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов // 2672054

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмохимии, машиностроительной промышленности.

Способ получения слоистого композитного покрытия // 2671032

Изобретение относится к области металловедения, а именно к химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к решению проблемы трения и износа, и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Способ газопламенного напыления порошковых материалов с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя // 2667266

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано при нанесении порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.

Компонент газовой турбины, газотурбинный двигатель, способ изготовления компонента газотурбинного двигателя // 2662003

Компонент газовой турбины, имеющий теплоизолирующую внешнюю поверхность для воздействия газообразных продуктов сгорания, содержит металлическую подложку, крепящий слой на поверхности подложки, теплозащитное покрытие, структуру выступающих элементов и структуру элементов в виде канавок.

Способ нанесения биоинертных покрытий на основе циркония на титановые имплантаты // 2686092