Спосіб мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів

Реферат: UA 105602 U UA 105602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електрохімічного нанесення захисних біоінертних покриттів на вироби медичного призначення, а саме імплантатів, виготовлених із вентильних металів методом мікродугового оксидування. Практично не існує на даний час металів та їх сплавів, із яких виготовляються імплантати, які забезпечували би повну гарантію їх сумісності і інертності по відношенню до біотканин і біорідини. Найбільш привабливими в цьому значенні є вентильні метали - титан, алюміній, цирконій, тантал тощо. За рахунок взаємодії цих металів з киснем в повітрі на їх поверхні утворюється природна металооксидна плівка, що виконує біозахисну функцію. Але ця плівка, хоча і є щільною і безшпаристою, досить тонка - 0,02-0,05 мкм, і має аморфну структуру, яка швидко руйнується в лужному розчині, що є одним із компонентів біоструктури організму, а тому такі імплантати при знаходженні в організмі тривалий час (3 тижні і більше) починають кородувати, що викликає загрозу життю пацієнта. Тому для підвищення біоінертності і антикорозійності покриття на імплантатах із вентильних металів використовують різні способи їх виготовлення шляхом примусового оксидування їх поверхонь хімічним, електрохімічним (анодуванням) або іншими методами. За останній час все більш широке використання знаходить метод мікродугового оксидування (МДО) для формування на поверхні імплантатів біозахисного керамічного покриття. Поверхневий шар вентильних металів підлягає анодному окисленню з одночасним протіканням електророзрядних явищ в граничній зоні між імплантатом і електропровідним середовищем газом або електролітом. Мікродугові мігруючі точкові розряди під термічним, плазмо-хімічним і гідродинамічним впливом перероблюють поверхневий шар імплантату в керамічне покриття із металооксидів основного металу імплантату - Аl2О3, Та2О5, ТiО2, ZrO2 тощо. Ці покриття, на відмінність від природної оксидної плівки, мають кришталеву структуру з кристалами корунду надзвичайної твердості і міцності і мають високі біоінертні і біосумісні властивості. Відомий спосіб мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів, заснований на розташуванні імплантату в ванні, заповненій лужним електролітом, і прикладанні електричної напруги до імплантату, що обробляється в гальванічній ванні з утворенням в електроліті мікродугових електричних розрядів (пат. RU № 2389830, C25D 11/02, 2010). Недоліком даного способу оксидування є низька продуктивність формування захисного покриття за рахунок недостатньо високої активної реакції окислювання в зонах пробою електричними розрядами оксидної плівки. Спроба підвищення продуктивності оксидування була здійснена в способі, основаному на примусовому перемішуванні електроліту в ванні (пат RU № 2251595, C25D 11/02, 2005). Однак перемішування електроліту практично не сприяє активації кисню (О2) на атомарний кисень (О), що є основним активним окислювачем металу імплантату. Найбільш близьким до заявленого способу є спосіб мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів, заснований на анодуванні імплантатів в електроліті з одночасним пропусканням через нього електричних розрядів і озоно-повітряної суміші у визначеному співвідношенні кисню і озону (пат. RU № 1805694, C25D 11/02, 1995). Озон(О3), що знаходиться в складі зазначеної газової суміші, є більш активним окислювачем, ніж кисень О 2, і легко розчіплюється на Ο2 і О (атомарний кисень), який активно взаємодіє з атомами основного металу імплантату і окислює його. Крім того, розчеплення озону О 3 збільшує ємність кисню О2 в електроліті, який під дією мікродугових імпульсних розрядів розчіплюється також на атомарний кисень. Це прискорює процес формування керамічного оксидного покриття на імплантаті. В той же час зазначену озоно-повітряну суміш подають в електроліт у вигляді крупних бульбашок з розмірами їх 1,5-3,0 мм. Така газова суміш потребує значного часу для розчеплення кисню і озону на атомарний кисень і тому продуктивність оксидування тут підвищується в середньому на незначну величину - 2-5 %, що не є результативним. Крім того, у складі основного металу імплантату (титану, алюмінію та інш.) присутні метали-супутники - мідь, залізо, магній, цинк тощо, які в сполученні між собою, а також з інгредієнтами електроліту створюють різні інтерметаліди, які мають також кришталеву структуру, але яка відрізняється суттєво від аналогічної структури основного металу. Під дією мікродугових розрядів інтерметаліди утворюють водорозчинні домішки, які цими розрядами впроваджуються в створене керамічне покриття і мають схильність до корозії в біологічному середовищі. Таке покриття не забезпечує належного рівня біосумісності і біоінертності імплантату. Задача даної корисної моделі полягає у розробці способу мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів, який сприяє підвищенню продуктивності оксидування і його антикорозійних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що в способі мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів, що включає анодування імплантатів в електроліті з 1 UA 105602 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 одночасним пропусканням через нього мікродугових електричних розрядів і озоно-повітряної суміші у визначеному співвідношенні кисню і озону, згідно з корисною моделлю, озоно-повітряну суміш подають безпосередньо в зону розташування імплантату у диспергованому вигляді з розмірами газових бульбашок 0,08-0,15 мм із застосуванням ультразвуку потужністю 200-400 Вт і частотою коливань звукових хвиль в електроліті 25-30 кГц. Подання озоно-повітряної суміші безпосередньо в зону розташування імплантату у диспергованому вигляді з розмірами газових бульбашок 0,08-0,15 мм сприяє активному розчепленню як озону (O3), так і кисню О2 на атомарний кисень О, який активно взаємодіє з атомами основного металу імплантату, швидко його окислює і підготовлює цю ділянку металу імплантату до обробки її мікродуговими розрядами з формуванням на ній керамічного покриття. Застосування ультразвуку потужністю 200-400 Вт і частотою коливань звукових хвиль в електроліті 25-30 кГц забезпечує взаємодію ударних дрібних бульбашок газу з поверхнею створеного покриття, вибух цих бульбашок і відрив, за рахунок їх вибуху, водорозчинних домішок супутніх металів в основному металу імплантату і домішок, що переходять із складу електроліту в покриття. Це сприяє створенню чистого біоінертного керамічного покриття на імплантаті. Спосіб мікродугового оксидування імплантатів з природною оксидною плівкою здійснюють в ванні з лужним електролітом, через який одночасно пропускають мікродугові електричні 2 розряди при напрузі 360-400 Вт зі щільністю анодного струму 160-240 А/дм і озоно-повітряну суміш у співвідношенні 1,1-6,5 мас. % озону безпосередньо в зону розташування імплантату в диспергованому вигляді з розмірами газових бульбашок 0,08-0,15 мм. Для цього зазначену суміш перед поданням її в електроліт пропускають через керамічний диспергатор з визначеними розмірами його комірок, який дозволяє утворювати в електроліті зазначений розмір бульбашок. Одночасно з цим застосовують ультразвук потужністю 200-400 Вт і частотою коливань звукових хвиль 25-30 кГц. Мікродугові електричні розряди руйнують точково природну оксидну плівку на основному металу імплантату з утворенням на ньому оголених зон цього металу - алюмінію, титану, цирконію тощо. Озоно-повітряна суміш, яку подають в електроліт у диспергованому вигляді, швидко розщеплюється на атомарний кисень (О), який активно реагує з атомами металу і окислює оголені його зони. Крім того, мікродугові електричні розряди також сприяють розщепленню кисню (О2) з такими дрібними розмірами бульбашок на атомарний кисень і вміст активного кисню (О) в міжелектродному зазорі значно збільшується, що сприяє більш швидкому окислюванні металу імплантату і інтенсифікації формування оксидного керамічного покриття на ньому. При розмірах бульбашок повітряної суміші, що перевищує 0,15 мм, розщеплення цієї суміші затруднюється, а збагачення електроліту в зоні розташування імплантату атомарним киснем (О) зменшується, що негативно впливає на продуктивність формування покриття на імплантату. Зменшення розмірів бульбашок газової суміші менш 0,08 мм створює значні технічні труднощі для виготовлення диспергатора. Безпосередня подача озоно-повітряної суміші в зону розташування імплантату також сприяє підвищенню вмісту активного кисню в цій зоні, а це, в свою чергу, інтенсифікує створення зазначеного покриття. Застосування ультразвуку потужністю 200-400 Вт і частотою коливань звукових хвиль в електроліті 25-30 кГц забезпечує за рахунок вибуху бульбашок газової суміші, що взаємодіють з поверхнею імплантату, відрив від покриття водорозчинних домішок супутніх металів в основному металі, а також домішок, що переходять із складу електроліту в покриття, не зруйновуючи при цьому останнє. Це звільняє керамічне покриття від небажаних в ньому домішок і підвищує, таким чином, його біоінертність і біосумісність. Продуктивність формування біозахисного покриття на імплантатах з товщиною 40-200 мкм збільшується в 1,25-1,35 разу. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Спосіб мікродугового оксидування імплантатів із вентильних металів та їх сплавів, що включає анодування імплантатів в електроліті з одночасним пропусканням через нього мікродугових електричних розрядів і озоно-повітряної суміші у визначеному співвідношенні кисню і озону, який відрізняється тим, що озоно-повітряну суміш подають безпосередньо в зону розташування імплантату в диспергованому вигляді з розмірами газових бульбашок 0,08-0,15 мм із застосуванням ультразвуку потужністю 200-400 Вт і частотою коливань звукових хвиль в електроліті 25-30 кГц. 2 UA 105602 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3