Золочение с ультрадисперсными алмазами спиц для компрессионно-дистракционного остеосинтеза

Кайдриков Р. А.; Ившин Я. В.; Зильберг А. И.

УДК 541.13

Р. А. Кайдриков, Я. В. Ившин, А. И. Зильберг

ЗОЛОЧЕНИЕ С УЛЬТРАДИСПЕРСНЫМИ АЛМАЗАМИ СПИЦ ДЛЯ КОМПРЕССИОННО-ДИСТРАКЦИОННОГО ОСТЕОСИНТЕЗА

Ключевые слова: гальваническое золочение, ультрадисперсные алмазы, золотые покрытия, спицы для

компрессионно-дистракционного остеосинтеза.

Исследованы особенности протекания процесса золочения с ультрадисперсными алмазами: влияние ультрадисперсного алмаза в электролите на свойства золотого покрытия. Показано, что определяющим является предварительное никелирование покрытия.

Keywords: galvanic gilding, ultra diamonds, gold coating, the spokes for the compression-distraction osteosynthesis.

The peculiarities of the process of gilding with ultrafme diamonds: the effect of ultrafne diamond in the electrolyte on the properties of the gold coating was investigated. It is shown that the determining factor is pre-nickel coating.

Золочение с ультрадисперсными алмазами спиц для компрессионно-дистракционного остеосинтеза является одной из интересных задач в области гальванотехники. Для получения золотого покрытия с повышенной износостойкостью и микротвёрдостью в электролит золочения вводят ультрадисперсные алмазы УДА-В. Ультрадисперсный алмаз - это углеродный нанокристаллический материал с кристаллической структурой алмаза [1]. Области применения процесса золочения с ультрадисперсными алмазами весьма широки [2]. Размеры кристаллитов УДА оценены на основе так называемой модели фононного конфайнмента. Установлено, что размер нанокристаллов составляет 4.3 нм, что совпадает с данными рентгеновской дифракции, полученными с использованием этих образцов [3,4].

В качестве деталей использовались спицы для компрессионно-дистракционного остеосинтеза [5,6]. Спицы являются связующим звеном между костью и внешними опорами аппарата. В настоящее время для стимуляции костеобразования используют спицы с различными покрытиями.

На основании обобщения опыта работы на гальванической линии, технологической документации на оборудование и экспериментальных исследований была разработана технология нанесения покрытий на изделия медицинской техники. Технология нанесения покрытий состоит из нескольких самостоятельных и не зависящих друг от друга действий, укрупнено их можно представить как:

- очистка поверхности медицинского инструмента перед нанесением покрытий.

- нанесение покрытия в гальванической ванне.

Стадия очистки подчинена требованиям, предъявляемым к поверхности материалов подготавливаемых к нанесению покрытий. В технологическом процессе большое внимание уделено подготовительным и промывочным операциям.

После подготовительных операций очистки поверхности и промывки следует операция предварительного никелирования поверхности инструмента изготовленного из нержавеющих сталей. Эта операция определяет адгезию, внешний вид и шероховатость покрытия. Операция заключается в нанесении тонкого слоя никеля из специального кислого хлоридного электролита.

Затем переходят к формированию слоя предварительного золотого покрытия, которое также способствует увеличению адгезии основного золотого слоя к основе.

Нанесение основного слоя золотого покрытия с ультрадисперсными алмазами является основной операцией процесса. Важное значение в этой операции имеют плотность катодного тока и перемешивание электролита. Оптимальным значением катодной плотности тока является значение 0.4 А/дм2. Перемешивание электролита можно осуществлять различными

способами, наиболее рациональным из которых в данном случае является покачивание подвесок с деталями во время электролиза.

Исходя из изложенных основных требований, были определены оптимальные параметры процесса нанесения золотого покрытия с ультрадисперсными алмазами на спицы гладкие для компрессионно-дистракционного остеосинтеза CRP 10.150, CRK 12.200, CRK 15.250, CRK 18.350, CRK 20.400. Материал спиц гладких для компрессионно-дистракционного остеосинтеза - коррозионностойкая хромоникелевая сталь типа Х18Н9Т.

Номенклатура изделий включает несколько наименований спиц различной толщины и

длины.

К медицинским имплантируемым конструкциям предъявляются более жесткие требования, чем к медицинскому инструменту. Это связано с длительностью контакта конструкций вживляемых в организм, имплантируемые конструкции не должны вызывать реакций отторжения и оказывать других негативных воздействий на организм человека. Характеристики наносимого покрытия должны соответствовать следующим требованиям:

- толщина покрытия должна находиться в пределах 4-8 мкм;

- параметр шероховатости поверхности изделий с покрытием, не должен превышать величину определенную чертежом на изделие без покрытия;

- отслоения, осыпание, непрокрытие и другие дефекты покрытия не допускаются.

Особенности материала изделия - коррозионностойкой хромоникелевой стали,

имеющей на поверхности толстую и сплошную защитную пленку оксида, накладывают особенности на технологию нанесения покрытия. Для обеспечения адгезии основного слоя покрытия проводится операция предварительного никелирования поверхности инструмента изготовленного из нержавеющих сталей. Эта операция является самой ответственной из всего цикла подготовки и нанесения покрытий, поскольку она определяет адгезию, внешний вид и шероховатость покрытия.

Операция заключается в нанесении тонкого слоя никеля из специального электролита. При этом принципиальное значение имеют катодная плотность тока и продолжительность электролиза. При низкой плотности тока или малой продолжительности электролиза не обеспечивается достаточная величина адгезии золотого покрытия к поверхности инструмента, изготовленного из нержавеющих сталей. При высокой плотности тока или большой продолжительности электролиза последующий слой золотого покрытия имеет высокую шероховатость.

С целью определения оптимальных параметров процесса нанесения покрытия, удовлетворяющего предъявляемым к медицинским имплантируемым конструкциям медикотехническим требованиям, были реализованы следующие режимы (табл. 1).

Так как имплантаты производятся из коррозионностойких сталей, отсутствует необходимость защиты материала имплантатов от активных реагентов, вызывающих коррозию (кислород, хлориды, биоактивные белки). В основании функционального покрытия наносится слой из золота, задачей этого слоя является повышение сродства покрытия к материалу подложки (имплантируемым конструкциям). В ходе работы выявлено, что толщина покрытия должна быть порядка 4-8 мкм, это исключает сквозную пористость в покрытии, и отвечает повышенным требованиям безопасности, предъявляемым к имплантируемым конструкциям.

Отработка технологии нанесения покрытий на медицинские имплантируемые конструкции основывались на накопленном опыте по нанесению покрытий. Отработка режимов нанесения коснулась, в основном, операций предварительного никелирования и золочения.

По окончании процесса контролировали качество покрытия. Толщину покрытия определяли рентгено-флюоресцентным методом на приборе марки «Фишерскоп». Она составила 4 - 5 мкм. Адгезию покрытия определяли методом изгиба (ГОСТ 9.302 - 88). Шероховатость покрытия составляла Ra 1.1 - 1.2 (измерено на профилометре - профилографе

завода «Калибр» модель 201). Указанные параметры твердости и чистота поверхности определяют коррозионную стойкость изделия, устойчивость к циклам обработки (стерилизации). Характеристики покрытия соответствуют предъявляемым требованиям.

Таблица 1 - Результаты золочения спиц в электролите золочения с УДА-В (10 мл/л) при катодной плотности тока 0,20 А/ дм2

Детали Режим Результаты испытаний Внешний вид покрытия

N11 Аи Адгезия Толщина

Спица№1 А/дм2; ]=0,2 А/дм2; удовлетворительная светло-

(1,5х250 мм) т=5-7 мин. т=45 мин.; 4,07 мкм желтого

Т=15-25оС Т=15-25оС цвета.

Спица№2 р2 А/дм2; ]=0,2 А/дм2; светло-

(1,5х250 мм) т=5-7 мин. т=45 мин.; удовлетворительная 4,33 мкм желтого

Т=15-25оС Т=15-25оС цвета.

Спица№3 ]=2 А/дм2; ]=0,2 А/дм2; удовлетворительная светло-

(1,5х250 мм) т=5-7 мин. т=45 мин.; 4,03мкм желтого

Т=15-25оС Т=15-25оС цвета.

Спица№4 ]=2 А/дм2; ]=0,2 А/дм2; удовлетворительная темно-жел-

(1,5х250 мм) т=5-7 мин. т=45 мин.; 3,99мкм того цвета,

Т=15-25оС Т=15-25оС риски.

Спица№5 ]=2 А/дм2; ]=0,2 А/дм2; удовлетворительная 4,61мкм светло-