[go: up one dir, main page]

PL214958B1 - Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego - Google Patents

Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego

Info

Publication number
PL214958B1
PL214958B1 PL390782A PL39078210A PL214958B1 PL 214958 B1 PL214958 B1 PL 214958B1 PL 390782 A PL390782 A PL 390782A PL 39078210 A PL39078210 A PL 39078210A PL 214958 B1 PL214958 B1 PL 214958B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
calcium
phosphorus
titanium
hypophosphite
alloys
Prior art date
Application number
PL390782A
Other languages
English (en)
Other versions
PL390782A1 (pl
Inventor
Wojciech Simka
Aleksander Iwaniak
Original Assignee
Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Slaska Im Wincent filed Critical Politechnika Slaska Im Wincent
Priority to PL390782A priority Critical patent/PL214958B1/pl
Publication of PL390782A1 publication Critical patent/PL390782A1/pl
Publication of PL214958B1 publication Critical patent/PL214958B1/pl

Links

Landscapes

  • Materials For Medical Uses (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego.
Tytan i jego stopy tytanu stosowane są do produkcji różnego rodzaju endoprotez. Powierzchnia materiału stosowanego do wyrobu endoprotez powinna, w określonych obszarach powierzchni, charakteryzować się wysoką bioaktywnością, a zatem możliwością zrastania z otaczającą kością. Zwiększenie bioaktywności można uzyskać poprzez wytworzenie odpowiednich warstw aktywnych biologicznie, w tym wzbogaconych w wapń i fosfor.
Znany jest z polskiego zgłoszenia P-374886 sposób wytwarzania kompozytowych powłok NCD/Ca-P na podłożach metalicznych, stosowanych w medycynie i weterynarii, wytwarzanych metodą plazmową, prowadzony w dwóch etapach wytwarzania na powierzchni podłoża implantu warstwy nanokrystalicznego diamentu i warstw hydroksyapatytowych, charakteryzujący się tym, że implant umieszcza się na elektrodzie wysokiej częstotliwości komory próżniowej reaktora plazmowego, po czym do elektrody doprowadza się energię o częstotliwości 13,56 MHz i wprowadza się do komory gaz węglonośny, przepływający z natężeniem od 10 do 90 sccm tak, aby ciśnienie w komorze wynosiło od 10 do 80 Pa, przy ujemnym potencjale autopolaryzacji elektrody wysokiej częstotliwości nie mniejszym niż 400 V. W tych warunkach utrzymuje się implant w czasie nie krótszym niż 2 minuty i nie dłuższym niż 30 minut. Następnie zmniejsza się dopływ gazu węglonośnego aż do całkowitego zamknięcia zaworów i ogranicza się ujemny potencjał autopolaryzacji do poziomu od 50 do 150 V, jednocześnie wpuszcza się do komory tlen o natężeniu przepływu w zakresie od 1 do 10 sccm. Takie parametry utrzymuje się przez czas 1 do 10 minut. Następnie zmniejsza się dopływ tlenu do komory i rozpoczyna się nakładanie warstw wapnia i fosforu. Z polskiego zgłoszenia nr P-374333 znany jest sposób wytwarzania kompozytowych powłok NCD/Ca-P na podłożach metalicznych implantów, stosowanych w medycynie i weterynarii, charakteryzujący się tym, że implant umieszcza się na elektrodzie wysokiej częstotliwości komory próżniowej reaktora. Do elektrody doprowadza się energię o częstotliwości 13,56 MHz. Następnie wprowadza się do komory gaz węglonośny, przepływający z natężeniem od 10 do 90 sccm tak, aby ciśnienie w komorze wynosiło od 10 do 80 Pa, przy ujemnym potencjale autopolaryzacji elektrody wysokiej częstotliwości nie mniejszej niż 400 V. W tych warunkach utrzymuje się implant w czasie nie krótszym niż 2 minuty i nie dłuższym niż 30 minut. Następnie zmniejsza się dopływ gazu węglonośnego do komory aż do całkowitego zamknięcia zaworów i zmniejsza się ujemny potencjał autopolaryzacji do poziomu 50 do 150 V, jednocześnie wpuszcza się do komory tlen o natężeniu przepływu w zakresie od 1 do 10 sccm. Parametry takie utrzymuje się przez czas 1 do 10 minut. Następnie zamyka się dopływ tlenu i odcina się energię do elektrody. Po 1 do 20 minut, wyjmuje się implant z komory z warstwą nanokrystalicznego diamentu i poddaje się sezonowaniu w temperaturze otoczenia w czasie do 15 minut. Tak przygotowane podłoże poddaje się drugiemu etapowi wytwarzania powłok zawierające wapń (Ca) i fosfor (P). Znany jest także sposób z polskiego patentu nr 200 599 otrzymywania powłok kompozytowych na implantach kostnych. Na stopie tytanu wytwarza się, w procesach azotowania lub węgloazotowania jarzeniowego, dyfuzyjną warstwę azotowaną typu TiN+Ti2N+aTi(N) lub węgloazotowaną typu Ti(C,N)+Ti2N+aTi(N), po czym tak przygotowany detal poddaje się procesowi impulsowego laserowego osadzania powłoki składającej się z mieszaniny fosforanów wapna z dominującym udziałem hydroksyapatytu. Następnie kształtuje się strukturę i skład fazowy powłoki poprzez wygrzewanie w atmosferze powietrza i pary wodnej w temperaturze od 300 do 700°C. Znane są także sposoby wytwarzania bioaktywnych powłok hydroksyapatytowych na implantach metalowych z patentów amerykańskich nr US 6344276, US 6569489, US 7550091, US 7387846 i US 4818572. Znany jest z polskiego zgłoszenia nr P-324134 sposób wytwarzania tlenkowej powłoki anodowej na wyrobach z tytanu i jego stopów. Po odtłuszczeniu wyroby zanurza się kolejno: przez 1 do 2 minut w 0,5 do 1,5 molowym roztworze wodorotlenku sodu NaOH o temperaturze około 330 K, w wodzie destylowanej, przez 2 do 5 minut w 20% do 30% wag. roztworze kwasu azotowego HNO3 o temperaturze około 330 K i ponownie w wodzie destylowanej. Następnie wyroby poddaje się anodowaniu w około 5% wag. roztworze kwasu fosforowego H3PO4 w tempe2 raturze pokojowej, przy użyciu prądu stałego o gęstości 5 do 20 mA/cm2 i przy napięciu 65 V do 75 V.
2
Korzystne jest, gdy gęstość prądu podczas anodowania nie przekracza 15 mA/cm2 przy napięciu 70 V. Znany jest sposób wytwarzania fosforanowej powłoki ochronnej na wyrobach z tytanu i jego stopów z polskiego zgłoszenia nr P-367556. Sposób polega na anodowaniu, które przeprowadza się w 1,5 do 2,5 molowym roztworze kwasu ortofosforowego H3PO4 o temperaturze 15 do 30°C, w czasie nie krótPL 214 958 B1 szym niż 0,25 h. Korzystnie, anodowanie przeprowadza się prądem stałym o gęstości prądu na po2 wierzchni anodowanej od 0,3 do 0,5 A/m2, przy napięciu między anodą i katodą nieprzekraczającym 3 V. Znane sposoby wytwarzania bioaktywnych powłok na implantach metalicznych są skomplikowane aparaturowo lub też prowadzą do otrzymania warstwy o niskiej zawartości wapnia i fosforu. Sposób według wynalazku polega na tym. że modyfikowany element, wstępnie oszlifowany lub wypolerowany elektrolitycznie, zanurza się w wodnym roztworze kwasu fosforowego i/lub podfosforynu o temperaturze 15-50°C, a następnie poddaje utlenianiu anodowemu przy anodowej gęstości prą2 du 5-5000 mA/dm2 i napięciu 100-650 V, w czasie od 1 do 60 minut.
Korzystnie, podfosforyn w roztworze jest podfosforynem wapnia Ca(H2PO2)2 o stężeniu od
1-150 g/dm3.
3
Korzystnie, podfosforyn w roztworze jest podfosforynem sodu NaH2PO2 o stężeniu od 1-250 g/dm3. Wynalazek umożliwia uzyskanie na wyrobach warstewki tlenkowej wzbogaconej w biozgodny wapń i fosfor. Zaletą sposobu według wynalazku jest możliwość modyfikacji warstwy wierzchniej implantów lub innych wyrobów z tytanu i jego stopów, np. Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-15Mo wstępnie szlifowanych lub wypolerowanych elektrolitycznie. Utleniona anodowo tym sposobem powierzchnia, np. implantów, jest odporna na korozję i charakteryzuje się dobrą biotolerancją w czasie długotrwałego przebywania w środowisku tkanek i płynów ustrojowych. Ponadto powierzchnia ta ma strukturę porowatą o dużej zawartości fosforu lub wapnia i fosforu.
P r z y k ł a d 1
W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu stosuje się kąpiel zawierającą kwas fosforo33 wy(V) o stężeniu 3,5-4 mol/dm3 i podfosforyn sodu (NaH2PO2) w ilości 10-50 g/dm3. Proces prowadzi 2 się w temperaturze 20-30°C stosując anodową gęstość prądu 3000-4000 mA/dm2, napięcie 200 V i czas trwania procesu 5-10 minut.
P r z y k ł a d 2
W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej stopu Ti-6Al-4V stosuje się kąpiel zawierającą kwas 33 fosforowy(V) o stężeniu 4-4,5 mol/dm3 i podfosforyn wapnia Ca(H2PO2)2 w ilości 50-75 g/dm3. Proces 2 prowadzi się w temperaturze 20-30°C stosując anodową gęstość prądu 500-1000 mA/dm2, napięcie 550 V i czas trwania procesu 1-5 minut.
P r z y k ł a d 3
W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej stopu Ti-6Al-7Nb stosuje się kąpiel zawierającą 3 podfosforyn wapnia (Ca(H2PO2)2) w ilości 90-100 g/dm3. Proces prowadzi się w temperaturze 20-30°C 2 stosując anodową gęstość prądu 200-2500 mA/dm2, napięcie 450 V i czas trwania procesu 1-5 minut.

Claims (3)

1. Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego, znamienny tym, że modyfikowany element, wstępnie oszlifowany lub wypolerowany elektrolitycznie, zanurza się w wodnym roztworze kwasu fosforowego i/lub podfosforynu o temperaturze 15-50°C. a następnie poddaje utlenianiu anodowemu przy 2 anodowej gęstości prądu 5-5000 mA/dm2 i napięciu 100-650 V, w czasie od 1 do 60 minut.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podfosforyn w roztworze jest podfosforynem 3 wapnia Ca(H2PO2)2 o stężeniu od 1-150 g/dm3.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podfosforyn w roztworze jest podfosforynem sodu NaH2PO2 o stężeniu od 1-250 g/dm3.
PL390782A 2010-03-22 2010-03-22 Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego PL214958B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL390782A PL214958B1 (pl) 2010-03-22 2010-03-22 Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL390782A PL214958B1 (pl) 2010-03-22 2010-03-22 Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL390782A1 PL390782A1 (pl) 2011-09-26
PL214958B1 true PL214958B1 (pl) 2013-10-31

Family

ID=44675217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL390782A PL214958B1 (pl) 2010-03-22 2010-03-22 Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL214958B1 (pl)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3757257A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Politechnika Slaska The formation method of porous antibacterial coatings on titanium and titanium alloys surface
EP3816327A1 (en) * 2019-06-25 2021-05-05 Politechnika Slaska The formation method of porous antibacterial coatings on titanium and titanium alloys surface
PL441461A1 (pl) * 2022-06-13 2023-12-18 Politechnika Warszawska Sposób modyfikacji powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 powłoką tlenkową domieszkowaną fosforanami wapnia przy wykorzystaniu metody plazmowego utleniania elektrochemicznego oraz powłoka tlenkowa na powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 wytworzona tym sposobem

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3757257A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Politechnika Slaska The formation method of porous antibacterial coatings on titanium and titanium alloys surface
EP3816327A1 (en) * 2019-06-25 2021-05-05 Politechnika Slaska The formation method of porous antibacterial coatings on titanium and titanium alloys surface
PL441461A1 (pl) * 2022-06-13 2023-12-18 Politechnika Warszawska Sposób modyfikacji powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 powłoką tlenkową domieszkowaną fosforanami wapnia przy wykorzystaniu metody plazmowego utleniania elektrochemicznego oraz powłoka tlenkowa na powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 wytworzona tym sposobem

Also Published As

Publication number Publication date
PL390782A1 (pl) 2011-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sasikumar et al. Surface modification methods for titanium and its alloys and their corrosion behavior in biological environment: a review
Wang et al. Review of the biocompatibility of micro-arc oxidation coated titanium alloys
EP2212453B1 (en) Method of forming a bioactive coating
CN101461964B (zh) 一种生物医用可降解镁合金的生物活性表面改性方法
Kung et al. Bioactivity and corrosion properties of novel coatings containing strontium by micro-arc oxidation
Sulong et al. Hydroxyapatite-based coating on biomedical implant
Sowa et al. Surface characterisation and corrosion behaviour of niobium treated in a Ca-and P-containing solution under sparking conditions
He et al. Effect of hydrothermal treatment temperature on the hydroxyapatite coatings deposited by electrochemical method
Park et al. Corrosion behaviors of bioactive element coatings on PEO-treated Ti-6Al-4V alloys
Nan et al. Strontium doped hydroxyapatite film formed by micro-arc oxidation
US7767250B2 (en) Bioceramic coating of a metal-containing substrate
CN102181842A (zh) 一种对钛金属表面进行改性的方法
Masahashi et al. Bioactive TiNbSn alloy prepared by anodization in sulfuric acid electrolytes
Dou et al. Effects of calcium salts on microstructure and corrosion behavior of micro-arc oxidation coatings on Mg-2Zn-1Ca-0.8 Mn alloy
Mousa et al. Surface modification of magnesium and its alloys using anodization for orthopedic implant application
CN101703797A (zh) 生物医用镁或其合金表面的氟取代磷灰石涂层及制备方法
Ergün et al. Effect of acid passivation and H2 sputtering pretreatments on the adhesive strength of sol–gel derived Hydroxyapatite coating on titanium surface
Zhu et al. Characterization of hydrothermally treated anodic oxides containing Ca and P on titanium
PL214630B1 (pl) Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej stopów tytanu typu Ti-xNb-yZr wapniem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego
Wang et al. Effect of potassium fluotitanate concentration on the corrosion resistance and degradation property of micro-arc oxidized ZM21 magnesium alloys
PL214958B1 (pl) Sposób modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów fosforem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego
CN103276361A (zh) 一种在镁基复合材料表面制备Ti/TiO2或TiN生物相容性膜层的方法
JPH0731627A (ja) インプラントとその製造方法
Jonauskė et al. Sol-gel derived calcium hydroxyapatite thin films on 316L stainless steel substrate: Comparison of spin-coating and dip-coating techniques
Abdel-Aal Electrodeposition of calcium phosphate coatings on titanium alloy implant at different Ca/P ratios and different times

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20140322