CC BY
22
Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»
УДК 617.3
ПОВЫШЕНИЕ БИОСОВМЕСТИМОСТИ ТИТАНА КОМПОЗИЦИОННЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
У. С. Рыбакова Научный руководитель - С. С. Ивасев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: Solotco@mail.ru
Рассмотрено повышение биосовместимости титана композиционными покрытиями.
Ключевые слова: биосовместимость, микродуговое оксидирование, гидроксиапатит, композиционные покрытия
INCREASE OF TITAN BIOCOMPOSITION BY COMPOSITE COATINGS
U. S. Rybakova Scientific Supervisor - S. S. Ivasev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: Solotco@mail.ru
An increase in the biocompatibility of titanium with composite coatings is considered
Keywords: biocompatibility, microarc oxidation, hydroxyapatite, composite coatings
Одним из наиболее перспективных способов поверхностного повышения биосовместимости и коррозионной стойкости импланта является внедрение в состав его покрытия гидроксиапа-тита (ГА) методом микродугового оксидирования (МДО) [1; 2].
В машиностроении наиболее часто МДО-покрытия наносятся на пары трения, подшипники скольжения, зубчатые передачи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения для двигателей внутреннего сгорания, станков и машин различного назначения в судостроении, авиационной промышленности, детали для сельскохозяйственной техники [3] и др. Упрочнение деталей цилинд-ропоршневой группы дает повышение износостойкости в 10-15 раз, снижение механических затрат на 40-50 %, массы, материалоемкости и теплонагруженности, повышение КПД на 2-15 %.
Сущность МДО заключается в том, что под действием высокого напряжения, прикладываемого между находящейся в электролите деталью и электродом, на поверхности детали возникают мигрирующие точечные микродуговые разряды, под термическим, плазмохимическим и гидродинамическим воздействием которых поверхностный слой детали перерабатывается в керамическое покрытие, прочно сцепленное с основой.
Метод МДО позволяет получать композиционные покрытия, стойкие в атмосферных условиях и в различных коррозионных средах - химически агрессивных растворах, парах, морской воде и пр. Так как МДО-покрытие представляет собой керамику сложного состава, то коррозионная стойкость материала покрытия может быть достаточно велика. Защиту от коррозии металла-основы можно обеспечить толщиной покрытия и регулированием количества и строения пор [4].
В основу решения задачи получения биосовместимого композиционного покрытия на титановых имплантах необходимо применить в покрытии биологического гидроксиапатита, максимально приближенного к составу кости человека, обеспечивающего сохранение ценного микроэлементного состава, обладающего оптимальными размерами для обеспечения процессов ос-теонитеграции при лечении костных дефектов [5].
Одним из факторов, сдерживающим применение гидроксиапатита (ГА) в качестве материала ответственного за биосовместимость с костной тканью является большой разброс дис-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 2
персности, что приводит к неравномерности формирования структуры покрытия, увеличение пористости, снижению прочности. Другим - электрохимическая не устойчивость материала покрытия имплантатов, поскольку среда организма проявляет высокую коррозионную активность. К тому же существуют причины, ускоряющие коррозионный процесс. Это метаболизм бактерий в ротовой полости и выделения производных ферментируемых карбогидратов, таких как молочная, уксусная и другие кислоты и наличие следовых количеств фтористоводородной кислоты.
Коррозионная устойчивость существенно зависит от состава электролита, который в случае титана определяет процессы их пассивации и депассивации. Для того чтобы исключить влияние этих процессов были проведены исследования процесса активного растворения титана в водном растворе 10 % плавиковой и 10 % серной кислот при температурах в диапазоне 293-348 К. Коррозионные испытания по методикам [6] показали, что при травлении титана происходит его постепенное растворение с потерей массы на 12-й минуте травления до 15±3 % [7; 8].
Для защиты имплантата от коррозионно-активной биологической среды и для лучшей адаптации костных тканей к инородному телу оптимальным вариантом является создание гете-рооксидных композиционных или биоактивных (в случае присутствия в них гидроксиапатита, фосфатов, и т. д.) слоев на поверхности титана с использованием метода МДО. Как показали результаты экспериментов, этим методом удается получить защитные слои на поверхности материала, слабо поддающегося каким-либо другим электрохимическим воздействиям.
При обработке импланта методом МДО в результате местного высокоэнергетического воздействия на его поверхности формируются слои, включающие в свой состав, как элементы оксидируемого металла, так и элементы электролита на основе водного раствора ортофосфорной кислоты, в которой были добавлены мелкодисперсный биологический ГА. Свойства таких слоев отличаются от свойств обычных анодных оксидных пленок. Последующей обработкой поверхностной структуры можно сформировать композиционное покрытие, имеющее перспективу практического использования в имплантационной хирургии [9].
Библиографические ссылки
1. Абрамова Е. И., Ивасев С. С. Повышение коррозионной стойкости покрытия титана оксидными пленками // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С. 442-444.
2. Рыбакова У. С., Ивасев С. С., Раводина Д. В. Технологии создания биосовместимых покрытий на импланты // Решетневские чтения : материалы XX Юбил. междунар. науч.-практ. конф. (09-12 нояб. 2016, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 341-342.
3. Плазменно-электролитическое модифицированное поверхности металлов и сплавов : в 2 т. / И. В. Суминов, П. Н. Белкин, А. В. Эпельфельд и др. М. : Техносфера, 2011. Т. 2. 512 с.
4. Кузнецов Ю. А. Комбинированная технология получения керамических покрытий // Сварочное производство. 2005. № 6. С. 37-39.
5. Биосовместимый костнозамещающий материал и способ получения его : пат. 2494721 Рос. Федерация: МПК А61К 6/033 А61К 6/097 А61Ь 27/12 А61Ь 27/20 А61Р 19/00 / Л. К. Полежаева; заяв. и патентообладатель ООО «СТАЛВЕК». № 2012143350/15 ; заявл. 10.10.12; опубл. 10.10.13, Бюл. № 28 (II ч.). 8 с.: ил.
6. ГОСТ Р ИСО 10271-2014. Стоматология. Методы испытаний на коррозионную стойкость металлических материалов. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
7. Наноструктурированный титан: структура, механические и электрохимические свойства / Е. В. Легостаева, В. С. Егоркин, С. Л. Синебрюхов и др. // Материаловедение. 2013. № 5.
8. Коррозионное поведение крупнокристаллического и наноструктурированного титана в различных средах / Е. В. Легостаева, Г. В. Лямина, Е. Г. Комарова и др. // Изв. вузов. Физика. 2011. № 11/3. Т. 54. С. 272-277.
9. Калганова С. Г., Лясников В. Н. Научные основы создания современных дентальных имплантатов с биоактивным покрытием // Новое в стоматологии. 1999. № 2. С. 12-14.
© Рыбакова У. С., Ивасев С. С., 2018
