PhD (Engineering), Associate Professor, assistant professor of Chair of Electronic Engineering
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электронной инженерии
PhD (Engineering), senior lecturer of Chair of Electronic Engineering
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры электронной инженерии
PhD (Engineering), senior researcher of Chair of Electronic Engineering
кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры электронной инженерии
PhD (Physics and Mathematics), senior researcher of the Laboratory of Solid State Physics
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физики твердого тела
Doctor of Sciences (Engineering), Associate Professor, professor of Chair of Electronic Engineering
доктор технических наук, доцент, профессор кафедры электронной инженерии
The paper discusses the influence of the electrolyte composition on the characteristics of a biocompatible coating produced by plasma electrolytic oxidation (PEO) on titanium superelastic shape memory alloy Ti–18Zr–15Nb. The scientific novelty of the work is in the identification of the most effective electrolyte composition to form a PEO coating with improved functional properties for advanced metal implants. Having important scientific and social significance, the scientific results of the work will serve as the basis for the development of modern technologies for the production of new-generation implants for orthopedy and neurosurgery. To identify the most effective electrolyte composition, the authors studied the morphology and microstructure of the coatings, phase and elemental composition, adhesive properties, and surface wear resistance, and also they carried out electrochemical corrosion tests. The resulting coatings have a thickness in the range of ~15.5–17 µm, and porosity of ~12–18 %. The additive of sodium silicate significantly smooths the surface and increases the wear resistance, but, at the same time, it reduces the adhesive properties of the coatings. The coatings contain biocompatible calcium phosphate compounds, which presence is confirmed by an amorphous halo between ~25° and ~40° in the results of X-ray phase analysis and by the identified elements Ca and P in the elemental analysis. The electrochemical impedance spectroscopy results identified the difference in the structure of the PEO coatings and the corrosion processes occurring in them. Coatings formed in the phosphate electrolytes have two layers: the external porous and internal compact, and in the phosphate-silicate electrolytes – a single layer. The study identified that the plasma-electrolytic oxidation reduces the corrosion currents by 1–3 orders compared to a specimen without the PEO treatment. The coating formed in a phosphate electrolyte with the addition of boric acid and calcium acetate has the best corrosion characteristics and the highest roughness, which could positively affects the biocompatibility. This electrolyte can be recommended for further research as the most effective one.
Обсуждается влияние состава электролита на характеристики биосовместимого покрытия, полученного методом плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) на титановом сверхупругом сплаве с памятью формы Ti–18Zr–15Nb. Научная новизна работы заключается в выявлении наиболее эффективного состава электролита для формирования ПЭО-покрытия с повышенными функциональными свойствами для перспективных металлических имплантатов. Научные результаты работы обладают важной научной и социальной значимостью и послужат основой для разработки современных технологий производства имплантатов нового поколения для ортопедии и нейрохирургии. Для выявления наиболее эффективного состава электролита были исследованы морфология и микроструктура покрытий, фазовый и элементный состав, адгезия покрытий и износостойкость поверхности, а также проведены электрохимические коррозионные испытания. Полученные покрытия имеют толщину в диапазоне ~15,5–17 мкм, пористость ~12–18 %. Добавка в виде силиката натрия существенно сглаживает поверхность и повышает износостойкость, но при этом снижает адгезионные свойства покрытий. Покрытия имеют в своем составе биосовместимые соединения кальций-фосфатов, что подтверждается наличием аморфного гало между 25 и ~40° в результатах рентгенофазового анализа и выявленных элементов Ca и P в элементном анализе. По результатам электрохимической импедансной спектроскопии выявлено различие в структуре ПЭО-покрытий и коррозионных процессов, протекающих в них. Покрытия, сформированные в фосфатных электролитах, имеют два слоя: внешний пористый и внутренний компактный, а в фосфатно-силикатных электролитах – один слой. Установлено, что ПЭО снижает токи коррозии на 1–3 порядка по сравнению с образцом без ПЭО-обработки. Покрытие, сформированное в фосфатном электролите с добавкой борной кислоты и ацетата кальция, обладает наилучшими коррозионными характеристиками, имеет наибольшую шероховатость, что положительно влияет на биосовместимость. Данный электролит может быть рекомендован для дальнейших исследований в качестве наиболее эффективного.