Doctor of Sciences (Engineering), Professor,Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus,Head of the Department – Head of the Laboratory
Доктор технических наук, профессор,член-корреспондент НАН Беларуси,заведующий отделом – заведующий лабораторией
Senior Researcher
Старший научный сотрудник
PhD, Senior Researcher
PhD, старший научный сотрудник
Problem. Hydroxyapatite (HA, chemical formula Ca10(PO4)6(OH)2) is widely used as a biocompatible andbioactive ceramic due to its structural and chemical similarity to the main mineral component of human hard tissues.A disadvantage of hydroxyapatite is its low mechanical properties (strength, crack resistance, and impact resistance),which undoubtedly limits its use as a structural material but not as a bioactive coating on metal implant surfaces.Electrodeposition is one of the most promising methods for forming bioactive calcium-phosphate coatings on metalimplants due to the ability to control the composition, structure, and thickness of the coating at low process temperatures.Aim. The aim of this work is to identify patterns in the formation of the composition and structure of hydroxyapatite coatings produced by electrodeposition on 12X18H10T stainless steel and titanium nickelide substrates, and to optimizethe deposition modes. Methods. The influence of electrolyte parameters (Ca2+ and PO43ion concentration, pH, H2O2and NaOH additives), temperature (23–85 °C), potential and deposition time on the stoichiometry, crystallinity, textureand crystallite size of HA coatings was studied using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), andIR-spectroscopy. Results. It was shown that the brushite phase (CaHPO4·2H2O) is formed at room temperature regardlessof the electrolyte composition. Increasing the temperature to 65 °C or higher, when combined with optimization of pH(4.1–6.0) and potential (−1.7…−3.4 V), allows the synthesis of coatings with a composition close to stoichiometrichydroxyapatite. The regimes ensuring the production of single-phase, highly-crystalline HA coatings with a texture coefficient of up to 2.6, which corresponds to the structure most conducive to osseointegration, were experimentally determined.Conclusions. The best coating characteristics (high crystallinity CI=9.1, crystallite size along the c-axis ~70 nm, c/aratio=0.730) were achieved for the sample synthesized at T=75 °C, pH=5.0, and U=−1.7 V.
Проблема. Гидроксиапатит (ГА) с химической формулой Ca10(PO4)6(OH)2 широко востребован в качествебиосовместимой и биоактивной керамики благодаря своему структурному и химическому сходству с основным минеральным компонентом твердых тканей человека. Недостатком гидроксиапатита являются низкие механические свойства (прочность, трещиностойкость и стойкость к ударным нагрузкам), что, безусловно, ограничивает его применениев качестве конструкционного материала, но не в качестве биоактивного покрытия на поверхности металлических имплантатов. Метод электроосаждения является одним из наиболее перспективных способов формирования биоактивныхкальций-фосфатных покрытий на металлических имплантатах благодаря возможности контроля состава, структурыи толщины покрытия при низких температурах процесса. Цель. Выявление закономерностей формирования составаи структуры покрытий гидроксиапатита, полученных методом электроосаждения на подложках из нержавеющей стали12Х18Н10Т и никелида титана, и оптимизация режимов осаждения. Методы. Методами рентгенофлуоресцентного(РФА), рентгеноструктурного анализа (РСА), сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и ИК-спектроскопии изучено влияние параметров электролита (концентрация ионов Ca2+ и PO43−, pH, добавки H2O2 и NaOH), температуры (23–85 °C), потенциала и времени осаждения на стехиометрию, кристалличность, текстуру и размер кристаллитов покрытийГА. Результаты. Показано, что при комнатной температуре независимо от состава электролита формируется фаза брушита (CaHPO4·2H2O). Повышение температуры до 65 °C и выше в сочетании с оптимизацией pH (4,1–6,0) и потенциала(−1,7…−3,4 В) позволяет синтезировать покрытия, близкие по составу к стехиометрическому гидроксиапатиту. Экспериментально определены режимы, обеспечивающие получение однофазных высококристаллических ГА-покрытийс игольчатой морфологией и коэффициентом текстуры до 2,6, что соответствует структуре, в наибольшей степени способствующей остеоинтеграции. Выводы. Наилучшие характеристики покрытия (высокая кристалличность CI = 9,1,размер кристаллитов вдоль оси c ~70 нм, соотношение c/a=0,730) достигнуты для образца, синтезированного при T = 75 °C, pH = 5,0 и U = −1,7 В.