ПОКРЫТИЯ ТИТАН-ЦИРКОНИЙ, СФОРМИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫМ МЕТОДОМ НА ПОВЕРХНОСТИ ТИТАНОВЫХ ИМПЛАНТАТОВ


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Разработка биосовместимых низкомодульных β-сплавов, в частности систем Ti-Zr и Ti-Nb, стала новым направлением в медицинском материаловедении. Одной из приоритетных задач физики конденсированного состояния и медицинского материаловедения является исследование физико-химических и морфологических свойств, структуры имплантатов. Поиск оптимального набора параметров покрытий, обеспечивающего наибольшую механическую и биологическую совместимость или инертность с костной тканью, - одна из современных тенденций в области нанесения биопокрытий на поверхность металлических имплантатов. Поставлена и решена задача формирования биоинертного покрытия системы Ti-Zr перспективным методом электровзрывного напыления. Электровзрывным методом получены покрытия состава Ti-Zr на поверхности титанового дентального имплантата (сплав ВТ6). Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа определен элементный и фазовый состав, изучена морфология и дефектная субструктура покрытия. Определена твердость и модуль Юнга, коэффициент трения и износостойкость сформированного покрытия. Формирование покрытия состава Ti-Zr сопровождается незначительным (относительно подложки без покрытия) снижением параметра износа (повышением износостойкости) поверхностного слоя (на 18 %), повышением коэффициента трения в 1,5 раза, незначительным (на 3 %) повышением твердости и снижением модуля Юнга на 64 %. Установлено, что электровзрывное покрытие является многоэлементным и многофазным, обладает субмикро- и нанокристаллической структурой. Высокие прочностные и трибологические свойства формируемого электровзрывным методом покрытия обусловлены выделением наноразмерных частиц карбидной и оксидной фаз, выявленных методами рентгенофазового анализа.

Об авторах

К. В. Соснин

Сибирский государственный индустриальный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: da_rom@live.ru
Россия

Д. А. Романов

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: romanov_da@physics.sibsiu.ru
Россия

В. Е. Громов

Сибирский государственный индустриальный университет

Email: gromov@physics.sibsiu.ru
Россия

Ю. Ф. Иванов

Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук

Email: yufi55@mail.ru
Россия

Список литературы

  1. Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Development of new metallic alloys for biomedical applications // Acta Biomaterialia. 2012. Vol. 8. № 11. P. 3888-3903.
  2. Kajzer A., Antonowicz M., Ziębowicz B. Studies of the corrosion resistance properties of bone screws made from 316l stainless steel in ringer’s solution // Archives of Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 63. № 1. P. 323-328.
  3. Kosayadiloka K., Tangjit N., Luppanapornlarp S., Santiwong P. Metal Ion Release and Cytotoxicity of Titanium Orthodontic Miniscrews // Key Engineering Materials. 2017. Vol. 730. P. 141-147.
  4. Brunette D.M., Tengvall P., Textor M., Thomsen P. Titanium in medicine. Berlin: Springer, 2001. 1019 p.
  5. Geetha M., Singh A.K., Asokamani R., Gogia A.K. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants - A review // Progress in Materials Science. 2009. Vol. 54. № 3. P. 397-425.
  6. Niinomi M. Recent metallic materials for biomedical applications // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. Vol. 33. P. 477-486.
  7. Hanada S., Matsumoto H., Watanabe S. Mechanical compatibility of titanium implants in hard tissues // International Congress Series. 2005. Vol. 1284. P. 239-247.
  8. Hon Y.H., Wang J.Y., Pan Y.N. Composition/Phase Structure and Properties of Titanium-Niobium Alloys // Materials transactions. 2003. Vol. 44. № 11. P. 2384-2390.
  9. Davidson J.A., Kovacs P. Patent U.S. 5954724, 1992.
  10. Lee C.M., Ju C.P., Chern Lin J.H. Structure-property relationship of cast Ti-Nb alloys // Journal of Oral Rehabilitation. 2002. Vol. 29. № 4. P. 314-322.
  11. Sharkeev Yu., Komarova E., Sedelnikova M., Sun Z., Zhu Q., Zhang J., Tolkacheva T., Uvarkin P. Structure and properties of micro-arc calcium phosphate coatings on pure titanium and Ti-40Nb alloy // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017. Vol. 27. № 1. P. 125-133.
  12. Staiger M.P., Pietak A.M., Huadmai J., Dias G.J. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials // Biomaterials. 2006. Vol. 27. № 9. P. 1728-1734.
  13. Mathieu S., Rapin C., Steinmetz J., Steinmetz P.A. A corrosion study of the main constituent phases of AZ91 magnesium alloys // Corrosion Science. 2003. Vol. 45. № 12. P. 2741-2755.
  14. Li L., Gao J., Wang Y. Evaluation of cyto-toxicity and corrosion behavior of alkali-heat-treated magnesium in simulated body fluid // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 185. № 1. P. 92-98.
  15. Chen J., Wang J., Han E., Dong J., Ke W. Corrosion behavior of AZ91D magnesium alloy in sodium sulfate solution // Materials and Corrosion. 2006. Vol. 57. № 10. P. 789-793.
  16. Witte F. The history of biodegradable magnesium implants // Acta biomaterialia. 2010. Vol. 6. № 5. P. 1680-1692.
  17. Zheng Y. Magnesium Alloys as Degradable Biomaterials. USA: CRC Press, 2015. 578 p.
  18. Mani G., Feldman M.D., Patel D., Aqrawal C.M. Coronary stents: a materials perspective // Biomaterials. 2007. Vol. 28. № 9. P. 1689-1710.
  19. Romanov D.A., Gromov V.E., Glezer A.M., Panin S.V., Semin A.P. Structure of electro-explosion resistant coatings consisting of immiscible components // Materials Letters. 2017. Vol. 188. P. 25-28.
  20. Romanov D.A., Moskovskii S.V., Sosnin K.V., Gromov V.E., Bataev V.A. Structure and electrical erosion resistance of an electro-explosive coating of the CuO-Ag system // Materials Research Express. 2019. Vol. 6. № 5. P. 055042.
  21. Перегудов О.А., Романов Д.А., Соснин К.В., Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Филяков А.Д. Структурно-фазовый анализ системы ниобий-титан, сформированной электровзрывным методом на поверхности титанового имплантата // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2019. Т. 16. № 1. С. 91-98.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,



Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах