Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2018,  том 15,  №1, 135-142

Д.Л. Алонцева^1†, С.Г. Войнарович², О.Н. Кислица², А.В. Джес¹, А.В. Русакова¹, Н.В. Прохоренкова¹, А.Л. Красавин¹, М.О. Леонова¹

Структурно-фазовые превращения в покрытиях из биосовместимых материалов, нанесенных микроплазмой на титановые имплантаты

¹Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, ул. Протозанова, 69, 070004, Усть-Каменогорск, Казахстан
²Институт электросварки им. Е.О. Патона, ул. Боженко, 11, 03680, Киев, Украина
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

В работе представлены основные результаты совместного исследования украинскими и казахстанскими учеными струк-турно-фазового состава двухслойных покрытий из титана и гидроксиапатита, нанесенных на медицинские имплантаты из титанового сплава с использованием комплекса микроплазменной обработки материалов на основе промышленного робота. Методами рентгеноструктурного фазового анализа, просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии и металлографического анализа проведено исследование структурно-фазового состава покрытий и подложек, изучено влияние основных параметров процесса микроплазменного напыления на морфологию и структурно-фазовые превращения в покрытиях. Разработан состав и режимы микроплазменного напыления двухслойных покрытий для титановых имплантатов, включающий подслой пористого титанового покрытия толщиной 200… 300 мкм с величиной пор 150…300 мкм и верхний слой гидроксиапатита толщиной порядка до 200 мкм с высокой степенью кристалличности (88-98 %), управляемой путем изменения режима напыления. При выборе толщины наносимых слоев было принято во внимание, что в случае нанесения микроплазмой биосовместимых покрытий толщиной менее 200 мкм, большой размер пор порядка   150 мкм, может привести к образованию сквозной пористости и вызвать нежелательный контакт и взаимодействие металла имплантата со средой организма. Разработаны технологические рекомендации и программное обеспечение, позволяющие осуществлять роботизированное микроплазменное напыление покрытий из биосовместимых материалов на медицинские имплантаты, что в перспективе позволит развить технологии производства различных видов качественных и доступных по цене медицинских имплантатов из титановых сплавов, производимых казахстанским предприятием АО УК ТМК.

Ключевые слова: микроплазменное напыление, биосовместимые покрытия, титан, гидроксиапатит, структурно-фазовый состав, робот-манипулятор.

УДК 538.9; 681.5; 617

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2018.01.018

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 15, No.1 (2018) 135-142

D.L. Alontseva^1†, S.G.Voinarovych², O. N. Kyslytsia², A.V. Dzhes¹, A.V. Russakova¹, N.V. Prokhorenkova¹, A.L. Krasavin¹, M.O. Leonova¹

Structural-phase transformations in coatings from biocompatible materials applied by microplasma spraying on to titanium implants

¹D. Serikbayev East Kazakhstan State Technical University, Protazanov Str., 69, Ust-Kamenogorsk, 070004, Kazakhstan
²E.O. Paton Electric Welding Institute, Bozhenko Str., 11, Kiev, 03680, Ukraine

The paper presents the main results of joint research by Ukrainian and Kazakhstani scientists of two-layer titanium and hydroxy-apatite coatings structural-phase composition. The coatings have been deposited onto titanium medical implants using a robot aided complex of microplasma treatment of materials. X-ray structure phase analysis, transmission and scanning electron microscopy and metallographic analysis were used to study the structure-phase composition of coatings and substrates. The influence of the main parameters of the microplasma spraying on morphology and structure-phase transformations in coatings was studied. The composition and regimes of microplasma spraying two-layer coatings for titanium implants, including a sub-layer of a porous titanium coating with a thickness of 200 ... 300 μm with a pore size of 150 ... 300 μm, and an upper layer of hydroxyapatite with a thickness of up to 200 μm with a high crystallinity (88-98%), controlled by changing the spraying regime are developed. Technological guidelines and software have been developed enabling to implement robot-aided microplasma spraying of coatings from biocompatible materials on medical implants. In the future, this will allow implementing new technologies for the production of various types of high-quality and affordable medical implants made of titanium alloys produced in Kazakhstan.

Keywords: microplasma spraying, biocompatible coatings, structural-phase composition, titanium, hydroxyapatite, robot manipulator.