×
13.01.2017
217.015.7cdd

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОПОРИСТОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА ИЛИ ЕГО СПЛАВА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002600294
Дата охранного документа
20.10.2016
Аннотация: Изобретение относится к получению пористых структур на поверхности изделий из титана или его сплава и может быть использовано при изготовлении эндопротезов и зубных имплантатов на титановой основе, для подготовки поверхности титановых имплантатов под нанесение биосовместимых покрытий, а также для получения носителей катализаторов и композитных материалов. Способ включает формирование на поверхности изделий из титана или его сплава слоя, содержащего карбид титана, с последующим травлением в азотной кислоте, при этом упомянутый слой формируют путем электродуговой обработки катодно-поляризованного титана или его сплава с использованием перемещаемого над обрабатываемой поверхностью графитового анода при силе тока дугового разряда не менее 60 А в 0,1-0,2% водном растворе NaCl, а травление ведут в азотной кислоте с концентрацией не менее 10 мас.% до полного растворения карбида титана, затем промывают обработанную поверхность водой и сушат на воздухе. Технический результат - увеличение толщины и пористости получаемого на поверхности титана или его сплава пористого слоя при одновременном формировании сложного внутреннего рельефа пор. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 пр.

Изобретение относится к получению микропористых структур на поверхности изделий из титана или его сплава и может быть использовано для изготовления эндопротезов и зубных имплантатов, обладающих высокой биологической активностью, для подготовки поверхности титановых имплантатов под нанесение биосовместимых покрытий, а также для изготовления носителей катализаторов и композитных материалов, находящих применение в различных областях.

Известен способ получения на поверхности титана наноструктуры с высокой биологической активностью (CN №104027839, опубл. 2014.09.10), включающий пескоструйную обработку поверхности, последующее кислотное травление, пропитку в консервирующем растворе и ультрафиолетовое облучение. Полученный материал может быть использован для изготовления костных штифтов в ортопедии и зубных имплантатов в стоматологии. Известный способ является многоступенчатым и для получения необходимой структуры поверхности требует технологически сложной операции пескоструйной обработки, которая является ресурсо- и энергозатратной и запрещена в ряде стран, в том числе в РФ, как представляющая опасность для здоровья людей и экологической обстановки [Онищенко Г.Г. Постановление о введении в действие санитарно-эпидемиологических правил СП 2.2.2.1327-03. - 26.05.2003. - №100. - C. IV. Технологические процессы, оборудование, материалы, характеризующиеся выделением пыли]. Кроме того, известный способ не предусматривает возможности дополнительного нанесения компонентов, увеличивающих биологическую активность материала.

Известен способ формирования многоступенчатой структуры на поверхности титанового имплантата (CN №102912037, опубл. 2013.02.13), включающий полирование поверхности, обезжиривание и очистку путем погружения в раствор, содержащий азотную кислоту, фтористоводородную кислоту и перекись водорода, пескоструйную обработку подготовленной поверхности, очистку обработанной поверхности и химическое травление, промывание, термическую обработку с последующим охлаждением. Необходимость использования технологически сложной, затратной и требующей принятия специальных мер защиты для предотвращения нежелательных воздействий на организм человека и окружающую среду операции пескоструйной обработки и целого ряда подготовительных операций усложняет и удорожает известный способ.

Известен способ обработки титанового имплантата (TW №201420137, опубл. 2014.06.01) путем травления в кислотном растворе с последующим анодным оксидированием и углублением пор, образовавшихся при травлении. Глубокие микропоры и их высокая плотность на поверхности титанового имплантата должны способствовать остеоинтеграции и ускорению выздоровления. Однако при анодном оксидировании на поверхности формируется пористый оксидный слой, состав которого и адгезионная прочность сцепления с металлической основой сильно зависят от режима оксидирования и состава электролита и для обеспечения эффективной эксплуатации требуют специального подбора.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является описанный в заявке US №2011244266, опубл. 2011.10.06 способ обработки поверхности титана либо его сплава, который включает формирование на поверхности титанового материала слоя, содержащего карбид и/или нитрид титана, с применением отжига в атмосфере инертного газа (светлый отжиг) и последующее электрохимическое травление в водном растворе, содержащем кислоту, преимущественно азотную, с концентрацией 1-10 мас. %, либо в нейтральном растворе, содержащем окисляющий реагент, с частичным растворением слоя, содержащего карбид и/или нитрид титана, и одновременным формированием внешнего слоя из оксида титана и образованием многослойной структуры толщиной не более 100 нм с внутренним слоем из карбида и/или нитрида титана, обладающей твердостью от 5 до 20 ГПа, высокой коррозионной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами.

Обработка известным способом не обеспечивает получения материала с поверхностным слоем, обладающим достаточной толщиной и наличием пор с размерами и структурой, необходимыми для эффективной биологической фиксации костной ткани, пригодного для имплантации, а также в качестве основы для нанесения веществ, обладающих биологически активными, каталитическими и другими свойствами.

Задачей изобретения является создание способа получения микропористого слоя на поверхности изделий из титана или его сплава, обеспечивающего получение эффективного материала для эндопротезов и костных имплантатов, носителей катализаторов, основы для композитных материалов и т.п.

Технический результат предлагаемого способа заключается в увеличении толщины и пористости получаемого на поверхности титана или его сплава пористого слоя при одновременном формировании сложного внутреннего рельефа пор, что обеспечивает повышение качества и эффективности имплантатов и носителей катализаторов при их обработке предлагаемым способом.

Указанный технический результат достигается способом получения микропористого слоя на поверхности изделий из титана или его сплава, включающим формирование на поверхности слоя, содержащего карбид титана, с последующим травлением в азотной кислоте, в котором, в отличие от известного, слой, содержащий карбид титана, формируют путем электродуговой обработки катодно-поляризованного титана или его сплава с использованием перемещаемого над обрабатываемой поверхностью графитового анода при силе тока дугового разряда не менее 60 А в 0,1-0,2% водном растворе NaCl, при этом травление ведут в азотной кислоте с концентрацией не менее 10 мас. % до полного растворения карбида титана, затем промывают обработанную поверхность водой и сушат на воздухе.

В преимущественном варианте осуществления способа электродуговую обработку проводят при силе тока 70-100 А.

Также в преимущественном варианте осуществления способа травление ведут в течение 3-7 суток.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделие из титана либо его сплава, преимущественно содержащего в своем составе алюминий в количестве нескольких процентов (не более 6%), после стандартной подготовки (очистка, обезжиривание) помещают в электролитическую ванну в качестве катода, при этом анодом служит графитовый электрод. В качестве электролита используют 0,1-0,2% водный раствор NaCl. Проводят электродуговую обработку катодно-поляризованного титана или титанового сплава при силе тока, обеспечивающей стабильное горение дугового разряда (не менее 60 А, преимущественно 70-100 А). Для формирования равномерного композитного слоя графитовый анод перемещают над обрабатываемой поверхностью, что существенно для изделий (деталей) со значительной площадью поверхности, при этом перемещение осуществляют либо дискретно, выдерживая в каждой точке 2-3 секунды, либо непрерывно и равномерно со скоростью 1-2 мм/с. Общее время обработки зависит от величины обрабатываемой поверхности. В результате обработки на поверхности формируется слой глубиной до 2 мм с гетерогенной микроструктурой, содержащий зерна карбида титана TiC в титановой матрице, в то время как толщина слоя карбида титана, получаемого на поверхности титановой фольги в соответствии с известным способом путем ее отжига в инертной атмосфере, не превышает 100 нм.

После электродуговой обработки изделие (деталь) погружают в раствор азотной кислоты с концентрацией не менее 10 мас. % и выдерживают в течение 3-7 суток в зависимости от толщины полученного композитного слоя. В результате селективного химического травления TiC полностью растворяется, а титановая матрица, благодаря способности пассивироваться, остается в неизменном виде, и таким образом формируется пористая структура, характеризующаяся порами размером от 100 нм до 10 мкм, обнаруживающими сложный внутренний рельеф.

Изделие (деталь) промывают дистиллированной водой и сушат на воздухе преимущественно при температуре 50-100°С.

На приведенных снимках, сделанных с помощью сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения HitachiS5500 с приставкой для энерго-дисперсионного анализа ThermoScientifíc, показана микроструктура пористого слоя, сформированного на различных сплавах титана электродуговой обработкой при различной силе тока I для случаев дискретного и непрерывного перемещения с последующим травлением в азотной кислоте до полного растворения карбида титана.

На фиг. 1а и 1б приведены снимки покрытий, сформированных при I=100 А и дискретном перемещении графитового анода с временем выдержки в каждой точке τ=2 с (увеличение ×600 и ×2000 соответственно); на фиг. 2а и 2б - при I=70 А и дискретном перемещении с τ=3 с (увеличение ×1500 и ×3500); на фиг. 3а и 3б - снимки покрытий, сформированных при непрерывном перемещении электрода со скоростью 1 мм/с и I=120 А (увеличение ×450 и ×2000).

Как показывают приведенные снимки, внутренняя поверхность пор, образовавшихся после травления содержащего карбид титана слоя, является неровной: стенки каждой поры, условно именуемой макропорой, имеют выступы и впадины, образующие микропоры, при этом на размер и характер пор в значительной мере определяются силой тока электродуговой обработки.

Экспериментально установлено, что толщина формируемого пористого слоя также зависит непосредственно от силы тока.

Таким образом, регулируя силу тока, можно формировать поверхностный слой необходимой толщины с определенным размером и характером пор. Толщина покрытия связана также с временем электродуговой обработки. Однако целенаправленно воздействовать на толщину формируемого слоя, варьируя суммарное время обработки всей поверхности, на практике затруднительно с учетом перемещения электрода и кратковременности обработки каждого отдельного.

Известно, что внутренний рельеф пор имплантата наряду с их размером оказывает существенное влияние на вероятность проникновения в поры клеток костной ткани и возможность биологической фиксации этой ткани. Регулируемый размер пор формируемого предлагаемым способом пористого слоя и сбалансированное сочетание макро- и микропористости обеспечивают высокую биологическую активность обработанных с его помощью титановых имплантатов. Кроме того, наличие макропор заданного размера со сложным внутренним рельефом (микропорами) позволяет дополнительно повышать скорость остеосинтеза и ассимиляции эндопротеза путем заполнения открытых пор биологически активными веществами, обладающими повышенным сродством к костной ткани и стимулирующими указанные процессы. Предлагаемый способ, предоставляющий возможность формировать поверхностный слой контролируемой толщины с порами заданного размера и сложной морфологией, перспективен также для получения носителей катализаторов из титана или его сплава, обладающих высокими механическими свойствами, и для ряда композитных материалов.

Примеры конкретного осуществления способа

Катодно-поляризованные образцы прямоугольной формы из титановых сплавов размером 30×10×3 мм обрабатывали в стабильно горящем дуговом разряде с использованием графитового анода в 0,1-0,2% водном растворе NaCl.

Микроструктура и элементный состав слоя, сформированного электродуговой обработкой, а также его микроструктура и элементный состав после селективного травления были исследованы при помощи сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения HitachiS5500 с приставкой для энергодисперсионного анализа ThermoScientific. Фазовый состав поверхности исследовали на рентгеновском дифрактометре «Bruker D8 ADVANCE» в CuKα-из лучении.

Пример 1

Образец из титанового сплава ВТ1-0 (%, Ti 98,6-99,7, Fe до 0,18, С до 0,07, Si до 0,1) подвергали электродуговой обработке при силе тока 100 А в электролите, содержащем 0,1% NaCl, при дискретном перемещении электрода и его статическом положении в каждой точке в течение 2 с. Общее время обработки может быть подсчитано с учетом того, что в каждой точечной позиции графитового анода содержащий карбид титана слой формируется на площади примерно 12-20 мм2. Толщина сформированного композитного слоя, содержащего Ti и TiC, составила 1,8 мм.

Образец с нанесенным композитным слоем погружали в раствор 10% азотной кислоты на 7 суток. Затем промывали дистиллированной водой и высушивали при температуре 100°С.

Фазовый состав поверхности нанесенного слоя до травления: Ti, TiC. Элементный состав поверхности до травления: Ti и С с приблизительным соотношением Ti/С:2/1.

Фазовый состав поверхности после травления: Ti. Элементный состав поверхности после травления: Ti со следами С (до 1 мас. %).

Микроструктура после травления представлена на фиг. 1.

Пример 2

Образец из титанового сплава ВТ1-0 подвергали электродуговой обработке при силе тока 60 А в условиях примера 1. Толщина сформированного композитного слоя составила 0,9 мм.

Образец с нанесенным композитным слоем погружали в раствор 10% азотной кислоты на 3 суток. Промывали и сушили аналогично примеру 1.

Фазовый и элементный состав поверхности до и после травления аналогичны приведенным в примере 1.

Пример 3

Образец из титанового сплава ПТ-3В (%, Ti 91,4-95,0; Al 3,3-5,0;V 1,2-2,5; F до 0,2; Zr до 0,3; Si до 0,12; С до 0,1) подвергали электродуговой обработке при силе тока 70 А в электролите, содержащем 0,1% NaCl, дискретном перемещении электрода и его статическом положении в каждой точке в течение 3 с. Толщина сформированного композитного слоя составила 1,3 мм.

Образец с нанесенным слоем погружали в раствор 50% азотной кислоты на 5 суток. Затем промывали дистиллированной водой и высушивали аналогично примеру 1.

Фазовый состав поверхности до травления: Ti, TiC. Элементный состав поверхности до травления: Ti и С с приблизительным соотношением Ti/С:2/1.

Фазовый состав поверхности после травления: Ti. Элементный состав поверхности после травления: Ti со следами С (до 2 мас. %).

Микроструктура после травления представлена на фиг. 2.

Пример 4

Образец из титанового сплава ВТ5-1 (%, Ti 89,6-93,7; Al 4,3-6,0; Sn 2-3; Fe до 0,34, Zr до 0,3; Si до 0,15; С до 0,1) подвергали электродуговой обработке при силе тока 120 А в электролите, содержащем 0,2% NaCl, при равномерном поступательном перемещении графитового анода со скоростью 1 мм/с. Толщина сформированного композитного слоя составила 2,0 мм.

Образец с нанесенным слоем погружали в раствор концентрированной азотной кислоты на 7 суток. Затем промывали дистиллированной водой и высушивали аналогично примеру 1.

Фазовый состав поверхности до травления: Ti, TiC. Элементный состав поверхности до травления: Ti и С с приблизительным соотношением Ti/С: 2/1.

Фазовый состав поверхности после травления: Ti. Элементный состав поверхности после травления: Ti со следами С (до 1 мас. %).

Микроструктура после травления представлена на фиг. 3.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОПОРИСТОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА ИЛИ ЕГО СПЛАВА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 81-90 из 130.
20.05.2019
№219.017.5c3e

Способ получения сорбционного материала для сбора нефти и нефтепродуктов

Изобретение относится к материалам для сорбции нефтепродуктов и может быть использовано для ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов на водной поверхности природных и искусственных водоемов, для очистки сточных вод. Способ включает изготовление полипропиленового волокна методом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002687913
Дата охранного документа: 16.05.2019
04.06.2019
№219.017.72af

Способ получения композитного материала, обладающего фотокаталитическими свойствами

Изобретение касается функциональных полимерных композиционных материалов, содержащих частицы металлов и/или оксидов металлов, и более конкретно, относится к способам получения гибридных композитных материалов, содержащих диоксид титана в полимерной матрице и обладающих выраженными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690378
Дата охранного документа: 03.06.2019
08.06.2019
№219.017.75ac

Способ получения борсодержащего биоактивного стекла

Изобретение относится к медицине, а именно к способу получения борсодержащего биоактивного стекла, которое может быть использовано в травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии для создания на имплантатах биоактивного покрытия. Способ включает в себя смешение олеата кальция, олеата...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690854
Дата охранного документа: 06.06.2019
19.06.2019
№219.017.83cc

Металлооксидный электрод для потенциометрических измерений и способ его изготовления

Изобретение относится к металлооксидному электроду для потенциометрических измерений, содержащему титановую основу с покрытием из оксидов титана, сформированным методом плазменно-электролитического оксидирования. Электрод характеризуется тем, что внешний слой покрытия толщиной 1 мкм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691661
Дата охранного документа: 17.06.2019
20.06.2019
№219.017.8d55

Способ определения содержания парафина в нефти, нефтепродуктах и нефтесодержащих отложениях

Изобретение относится к способу определения парафина в нефтесодержащих отложениях, включающий осаждение асфальтенов растворителем, отстаивание реакционной смеси в темном месте и ее последующую фильтрацию, удаление растворителя из полученного фильтрата и адсорбцию смолистых веществ оксидом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691958
Дата охранного документа: 19.06.2019
29.06.2019
№219.017.9fe1

Способ получения катализатора дожига дизельной сажи

Изобретение относится к способам получения катализаторов очистки выбросов дизельных двигателей. Описан способ получения катализатора дожига дизельной сажи, включающий смешивание экстракта меди в н-каприловой кислоте и экстракта молибдена в изоамиловом спирте в соотношении, обеспечивающем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002455069
Дата охранного документа: 10.07.2012
03.07.2019
№219.017.a473

Способ получения сорбентов для извлечения цезия из высокоминерализованных щелочных сред

Изобретение относится к области радиохимии и радиоэкологии и может найти применение для получения сорбентов цезия. Способ включает нейтрализацию резорцина раствором гидроксида щелочного металла с последующей олигомеризацией реакционной смеси путем добавления избытка формальдегида при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693174
Дата охранного документа: 01.07.2019
06.07.2019
№219.017.a735

Дигидрат додекагидро-клозо-додекабората 5-аминотетразол кобальта и способ его получения

Изобретение относится к химии полиэдрических боргидридных соединений и 5-аминотетразола, а именно к дигидрату додекагидро-клозо-додекабората 5-аминотетразол кобальта состава [Co(CHN)]BH⋅2HO. Также предложен способ его получения. Дигидрат додекагидро-клозо-додекабората 5-аминотетразол кобальта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693700
Дата охранного документа: 04.07.2019
10.07.2019
№219.017.b163

Способ получения катализатора для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к способам получения катализаторов, предпочтительно используемых для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Способ включает пропитку инертного носителя смесью органических растворов соединений европия и/или церия, платины и/или палладия и висмута, отгонку...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002465047
Дата охранного документа: 27.10.2012
09.08.2019
№219.017.bd46

Способ изготовления цилиндрического корпуса подводного аппарата

Изобретение относится к технологии формирования слоистых стеклометаллокомпозитов и может найти применение при изготовлении изделий и конструкций повышенной прочности, в частности в судостроении при изготовлении корпусов подводных аппаратов. Цилиндрический корпус подводного аппарата формируют из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696536
Дата охранного документа: 02.08.2019
Показаны записи 61-68 из 68.
13.02.2018
№218.016.1fe9

Способ получения каталитически активного композитного материала

Изобретение относится к способам получения оксидных катализаторов на металлическом носителе-подложке, которые могут быть использованы в реакциях окисления СО в СO, имеющих место в высокотемпературных процессах очистки технологических и выхлопных газов, в частности в энергетике и автомобильной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641290
Дата охранного документа: 17.01.2018
13.02.2018
№218.016.240c

Способ получения пористого магнитного сорбента

Изобретение относится к получению сорбентов. Предложен способ получения пористого магнитного сорбента нефтепродуктов. Согласно изобретению проводят синтез моносиликата кальция структуры ксонотлита путем взаимодействия в растворе хлорида кальция и силиката натрия в присутствии силан-силоксановой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002642629
Дата охранного документа: 25.01.2018
17.02.2018
№218.016.2c2b

Резорбируемый рентгеноконтрастный кальций-фосфатный цемент для костной пластики

Изобретение относится к медицине, а именно получению ренгеноконтрастных цементов для закрытия небольших полостей в костных тканях. Рентгеноконтрастный инжектируемый кальций-фосфатный цемент для костной пластики содержит в качестве рентгеноконтрастного вещества оксид тантала TaO, дополнительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643337
Дата охранного документа: 31.01.2018
11.10.2018
№218.016.905c

Способ получения структурированного пористого покрытия на титане

Изобретение относится к способу модификации поверхности титана с получением структурированного пористого слоя, содержащего нано- и микропоры, и может быть использовано в медицинской технике при изготовлении обладающих биологической совместимостью эндопротезов и имплантатов для травматологии,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669257
Дата охранного документа: 09.10.2018
03.03.2019
№219.016.d237

Сорбционный материал для селективного извлечения радионуклидов стронция из сложных по ионному составу растворов и способ извлечения радионуклидов стронция с его помощью

Группа изобретений относится к сорбционным материалам и способам сорбционного извлечения радионуклидов стронция из многокомпонентных растворов и может найти применение для очистки сложных по ионному составу растворов и водных сред. Сорбционный материал для селективного извлечения радионуклидов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680964
Дата охранного документа: 01.03.2019
02.10.2019
№219.017.cf84

Способ получения пигмента для термостабилизирующих покрытий

Изобретение относится к светоотражающим пигментам для применения в составе покрытий класса «солнечные отражатели», которые могут быть использованы для пассивной тепловой защиты космических аппаратов. Пигмент получают путем синтеза в автоклаве при температуре 220°С, давлении 22-23 атм в течение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700607
Дата охранного документа: 18.09.2019
25.03.2020
№220.018.0fa8

Способ переработки титансодержащего минерального сырья

Изобретение относится к гидрофторидной технологии переработки титансодержащего минерального сырья, преимущественно ильменитового концентрата, и может найти применение в производстве диоксида титана пигментной чистоты, а также железооксидных пигментов. Способ включает обработку исходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002717418
Дата охранного документа: 23.03.2020
17.06.2023
№223.018.7e81

Способ получения волластонита из кремнийсодержащего растительного сырья

Изобретение может быть использовано в производстве лакокрасочных и композиционных материалов. Для получения волластонита приводят во взаимодействие при активном перемешивании раствор, содержащий силикат натрия, и раствор хлорида кальция, отделяют полученный при этом осадок, содержащий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002770075
Дата охранного документа: 14.04.2022
+ добавить свой РИД