DE3342562A1

DE3342562A1 - Verfahren zur herstellung eines knochen-implantates

Info

Publication number: DE3342562A1
Application number: DE19833342562
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Current assignee: Berchem and Schaberg GmbH
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1985-06-05
Also published as: DE3342562C2

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Formteil
aus einer schmiedbaren Titanlegierung als Bauteil für kittfrei einsetzbare Knochen-Implantate. Dazu gehören z. B.
Hüftgelenkprothesen, Kniegelenkteilprothesen u. dgl., aber auch Implantate der Dentaltechnik. Solche Formteile sind wegen der günstigen Dichte, des günstigen Festigkeitsverhaltens und der Korrosionsbeständigkeit von Titan und Titanlegierungen in neuerer Zeit zunehmend eingesetzt worden. Ihre Nerstellung ist schwierig. Die sich ausbildende Titanoxidoberfläche der Formteile wird für eine kittfreie Verbindung der Implantate mit dem Gewebe häufig nicht als günstig angesehen. Die geschmiedete Oberfläche ist ohne weiteres für verschiedene Avwendungsfälle nicht hinreichend groß und muß dann aufwendig spanabhebend mit Riefen oder Rillen zu Zwecke der Oberflächenvergrößerung, medizinisch ausgedrückt mit einer Lakunenoberfläche, versehen werden. -Schmiedbare und im Rahmen der rfindung geeignete Titanlegiorungen sind z. B, die geno=ten Legierungen Ti-6 Al-4 V und Ti-Al 5-Pe 2,5. Von besonderer Bedeutung ist die vorstehend angegebene, vanadinfreie Legierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formteile aus einer schmiedbaren Titanlegierung anzugeben, die als Bauteile für kittfreie Knochen-Implantate allen Anforderungen genügen, bei denen der gewebeseitige Kontakt nicht durch eine Titanoxidschicht beherrscht ist und die darüber hinaus, auch mit vergrößerter Oberfläche, im Wege der plastischen Formgebung und unter Verzicht auf spanende Bearbeitungen hergestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung eines Formteils aus einer schniiedbaren Titanl2-qicrung, welches im Wege des Kaltfließspressens hergestellt ist und welches eine Oberflächenschicht in Form einer Metall-Zwischenschicht aufweist, als Bauteil für kittfrei einsetzbare Knochen-Implantete mit der Maßgabe, daß die Metall-Zwischenschicht aus einem duktilen Edelnetall oder aus einer duktilen Legierung besteht sowie im Wege der Ionenplattierung aufgebracht ist, und mit der weitren Maßgabe, daß diese Edelmetall-Zwischenschicht (in bezug auf den zugeordneten Knochen) gewebeseitig angeordnet ist. Es versteht sich, daß unter der Edelmetallschicht, gleichsam haftvermittelnd, eine dünne Metallschicht angeordnet werden kann, beispielsweise eine Palladium-Schicht von etwa 1 pa.
Auch diese wird dann im Wege der Ionenplattierung aufgebracht. - Edelmetall bezeichnet im Rahmen der Erfindung die chemisch besonders beständigen Metalle, nämlich Gold, Silber und die sogenannten Platinmetalle. Vorzugsweise arbeitet die Erfindung mit Gold. Die Ede1talle haben eine geringe Affinität zu elektronegativen Elementen und geringe Neigung, Kationen zu bilden, sie werden im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung von Sauerstoff nicht angegriffen und lösen sich auch in saurer Gewebeumgebung nicht, Kaltfließpressen bezeichnet eine besondere Druckumformung nach DIN 8583. Der umzuformende Rohling wird bei der Raumtemperatur durch eine gestaltgebende Werkzeugöffnung gedruckt. Der durch den eingeleiteten Druck in der Umformzone plastisch gewordene erkstoff fließt in die erkzeugform ein und nimmt deren Gestalt an Dabei werden weder der Rohling noch das Werkzeug vor der Umformung erwärmt oder zumindest nicht beachtlich erwärmt. Als Rohling im Sinne der obigen Ausführungen kann auch eine sogenannte Vorform eingesetzt werden, die Z. 13. durch Gesenkschmieden, Präzisionsziehen oder auf andere Weise hergestellt ist. Bei der Umformung entsteht Wärme aus umgesetzter Umformarbeit.
Bei der Ionenplattierung (vgl. D. M. Mattox "Fundamentals of Ion Plating", J. Vac, Sci. Technol, 10, 1973, S. 47 ff.) steht das Substrat, hier also der Rohling, der im Wege des Kaltfließpressens zu dem Bauteil verformt werden soll, vor und während der Beschichtung unter Ionenbeschuß. Er wird dadurch ständig gereinigt. In der oberflächennahen Schicht findet eine Reihe von Wechselwirkungen zwischen dem Substrat und den Edelmetallatomen bzw. -ionen statt.
Der Verbund zwischen der Edelmetall-Zwischenschicht und dem Substrat wird durch Titanoxid zumindest nicht mehr störend beeinflußt.
Überraschenderweise haftet eine im Wege der Ionenplattierung aufgebrachte Edelmetall-Zwischenschicht zunächst auf dem Rohling so, das diese Edelmetall-Zwischenschicht als Gleitschicht beim altfließpressen funktioniert und das Raltfließpressen des Rohlings aus Titan oder hauptsächlich Titan überhaupt erst ermöglicht, ohne daß Werkstück und Werkzeug verschweißen und die Oberfläche des Bauteils zerstört wird. Es versteht sich, daB der Kaltfließvorgang so geführt wird, daß das verdrängte, steigende Material nicht abreißt. Das gilt sowohl für die Titanlegierung als auch für die Edelmetall-Zwischenschicht. Eine derartige Führung des Kaltfließpreßvorganges ist durch entsprechende Werkzeuggestaltung und Einstellung der Verformungsgeschwindigkeit ohne weiteres möglich. Überraschenderweise wird der Verbund zwischen der Titanlegierung und der Edelmetall-Zwischenschicht beim Kaltfließpressen cher verbessert als beeinträchtigt. Ohne Schwierigkeiten kann das Formteil gewebeseitig mit einer durch Riefen oder Rillen vergrößerten Oberfläche, medizinisch ausgedrückt mit einer Lakunenoberfläche, versehen werden, wobei diese Oberfläche insgesamt mit der Edelmetall-Zwischenschicht ausgerüstet ist. Zu diesen Ergebnissen Isonrmti man insbesondere dann, wenn die Edelmetall-Zwischenschicht vor dem Kaltfließpressen eine mittlere Schichtdicke von 1,0 bis 10,0 prn, vorzugsweise etwa 5 F' aufweist. Das Xaltfließpressen wird zweckmäßigerweise so geführt, daß die Edelmetall-Zwischenschicht nach dem Kaltfließpressen eine mittlere Schichtdicke von etwa 0,5 pm, besitzt. Die Edelmetall-Zwischenschicht erfüllt somit zunächst eine Funktion als Gleitschicht beim Kaltfließprssen, erfährt dabei etne Verbesserung oder zumindest keine Beeintrchtigung des Verbundes mit der Titanlegierung und funktioniert an dem Bauteil als eine gewebeseitige Schutzschicht. Im Ergebnis wird das Bauteil bzw, das daraus hergestellte Knochen-Implantat gewebeseitig nicht mehr durch eine Titanoxidschicht beherrscht. Die Edelmetall-Schutzschicht ist besonders störungsfrei und dadurch auch gewebefreundlich, wenn beim Kaltfließpressen mit einer zusätzlichen Schmierschicht auf Basis von MoS2 gearbeitet wird. Auch andere organische Schmiermittel sind einsetzbar, z. B. Wollfett.
Es versteht sich, daß bei einem solchen Bauteil Bereiche bleiben können, die eine Edelmetall-Schicht nicht mehr aufweisen, sie spielen 3edoch keine beherrschende Rolle mehr.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert, Es zeigen Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäß zu verwendenden Formteils, Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 vergrößertem Maßstab einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 und Fig. 3 den nochmals veraroßerten Ausschnitt 3 aus dem Gegenstand nach Fig. 2.
Dag in den Figuren dargestellte Formteil 1 besteht aus einer schmiedbaren Titanlegierung. Bs wurde in Wege des Kaltfließpressens hergestellt. Es besitzt eine Oberflächenschicht 2 funktioniert als Edelmetall-Zwischenschicht zunächst beim Kaltfließpressen, dann aber auch gegenüber dem Gewebe. Sie wurde im Wege der Ionenplattierung aufgebracht und besteht aus duktilem Edelmetall oder duktilen Legierungen davon. Insbesondere aus der Fig. 2 entnimmt man, daß das Formteil 1 gewebeseitig eine durch Riefen oder Rillen 3 vergrößerte Lakunenoberfläche aufweist, die insgesamt mit der Edelmetall-Zwischenschicht 2 ausgerüstet ist.
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Claims

"Formteil aus einer schmiedbaren Titanlegierung als Bauteil für Knochen-Implantate" Patentansprüche: 1. Verwendung eines Formteils aus einer schmiedbaren itanleierung, welches im Wege des Kaltfließpressens hergestellt ist und eine Oberflächenschicht in Form einer Metallzwischenschicht aufweist, als Bauteil für kittfrei einsetzbare Knochen-Implantate mit der Maßgabe, daß die Metall-Zwischenschicht aus einem duktilen Edelmetall oder aus duktilen Edelmetall-Legierungen besteht sowie im Wege der Ionenplattierung aufgebracht ist, und mit der weiteren Maßgabe, daß diese Edelmetall-Zwischenschicht gewebeseitig angeordnet ist.
2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Magabe, daß das Formteil gewebeseitig eine durch Riefen oder Rillen vergrößerte Oberfläche aufweist,
3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit der Maßgabe, daß die Edelmetall-Zwischenschicht vor dem Kaltfließpressen eine mittlere Schichtdicke von 1,0 bis 10,0 µm, vorzugsweise von etwa 5 µm, aufweist.
4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Edelmetall-Zwischenschicht nach dem Kaltfließpressen eine mittlere Schichtdicke von etwa 8,5 µm, aufweist.

5, Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit der Maßgabe, daß beim Kaltfließpressen mit einer zusätzlichen Schmierschicht auf Basis ven Mos@ gearbeitet wird.