Закономерности формирования структуры и свойства композитов титановый сплав - биопокрытие

• Автор: Сагымбаев, Ерик Ерлесович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 173 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ТИТАНА, ЕГО СПЛАВОВ И КОМПОЗИТОВ ТИТАН - БИОПОКРЫТИЕ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)
1Л Механические свойства титана и его сплавов
1Л Л Наноструктурное состояние
1Л .2 Микропластическая деформация и усталостная прочность
1.2 Коррозионная стойкость титана и его сплавов
1.3 Биосовместимость титана и его сплавов
1.4 Модификация поверхности биоматериалов
1.4.1 Методы модификации поверхности
1.4.2 Оксидные покрытия
1.4.3 Кальций-фосфатные покрытия
1.5 Основные выводы и постановка задач исследования
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы, используемые для исследования
2.2 Методика формирования покрытий на титане и его сплавах
2.2.1 Ионно-плазменное напыление
2.2.2 Шликерный метод
2.2.3 Микродуговой метод
2.3 Модификация поверхности методом ионной имплантации
2.4 Исследование механических свойств
2.5 Исследование адгезионных свойств покрытий
2.6 Структурные методы исследований
2.6.1 Растровая электронная микроскопия
2.6.2 Просвечивающая электронная микроскопия
2.7 РІсследование фазового и элементного состава
2.8 Электрохимические исследования
3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МИКРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ НАНОСТРУКТУРНОГО ТИТАНА
3.1 Микроструктура титана после РКУ прессования
3.2 Закономерности накопления микропластической деформации наноструктурного титана
3.2.1 Развитие микродеформации при статическом нагружении
3.2.2 Развитие микродеформации при циклическом нагружении
3.3 Особенности усталостного разрушения наноструктурного титана
4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ НА ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ
4.1 Исследование структуры, фазового и элементного состава покрытий
4.1.1 Рентгеноструктурный анализ
4.1.2 Просвечивающая электронная микроскопия
4.1.3 Растровая электронная микроскопия
4.1.4 Микрорентгеноспектральный анализ
4.2 Адгезионная прочность покрытий
4.3 Влияние микродуговых покрытий на развитие микропластической деформации и усталостную прочность наноструктурного титана
4.4 Исследование электрохимических свойств композита титан - биопокрытие.
4.4.1 Применение электрохимических методов анализа для изучения процесса образования трещин в покрытии
4.4.2 Исследование электрохимических свойств наноструктурного титана
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Современное материаловедение определяет развитие многих направлений технического прогресса. В последние десятилетия результаты исследований в области физики твердого тела и материаловедения своим приложением имеют решение сложнейших проблем в различных областях науки. Прежде всего это относится к таким "материаловедческим" направлениям в медицине как ортопедия, травматология, хирургия и другие. Известно, что функциональная надежность имплантатов и конструкций, применяющихся в ортопедии и травматологии, в значительной степени зависит от выбора материала для их изготовления. Однако, в последнее время наряду с механическими свойствами металлов такими как прочность, пластичность, стойкость к усталостным напряжениям и другими все больше внимания уделяется биологической совместимости материалов с живым организмом, что является важнейшим условием их применимости.
Наиболее высокими прочностными свойствами обладают стальные сплавы. Их механические свойства настолько высоки, что в ближайшее время трудно будет полностью отказаться от их использования в качестве материалов для имплантатов. Однако даже высоколегированные стали не удовлетворяют требованиям к их биосовместимости с человеческим организмом. Это является причиной постоянного поиска новых материалов для медицинского применения. Фаворитом среди современных биоматериалов является титан и сплавы на его основе. Один из основоположников современного медицинского материаловедения И.. ТЪи11 в работах [1,2] отмечает следующие положительные свойства титана и его сплавов как биоматериала: высокая биосовместимость, хорошая коррозионная стойкость, биоинертность, немагнитность, низкая теплопроводность, малый коэффициент линейного расширения, практически отсутствие токсичности, меньший, по сравнению со сталью, удельный вес. Таким образом, титановые сплавы в полной мере отвечают биологическим требованиям, но уступают сталям в прочности, износостойкости и стойкости к усталостным на-

вместимости. Известно, что биосовместимость исходит из поверхности, поэтому попытки разработать биоматериалы в соответствии с требуемыми объемными свойствами до недавнего времени были неудачными [1]. Современные биоматериалы, относящиеся к третьему поколению имплантатов, состоят из функционально-ориентированных объемных материалов с адаптированной к биологической среде поверхностью. При выборе метода модификации поверхности биоматериалов необходимо помнить, что любая обработка поверхности может привести к изменениям в механическом и химическом поведении, которое в конечном итоге влияет на прочность, долговечность и биосовместимость имплантата.
1.4.1 Методы модификации поверхности
Возможные способы модификации поверхности приведены в Таб. 1.7. Необходимо отметить, что достаточно дорогие и технологически сложные вакуумные методы в настоящий момент уступают место менее дорогим способам обработки поверхностей.
Таб. 1.7. Методы модификации поверхности металлических материалов для имплантатов [12]
Методы модификации Получаемые покрытия Примени- мость
Ионная имплантация ВЫ -
Термическое окисление Т Юз, - +
СУБ (осаждение их химического пара) ПИ, тю2 - +
РУБ (осаждение их физического пара) , СП, N15)011, (ТС Хг)0 +
Воздушно-плазменное напыление Са-Р, ГА +
Высокоскоростное окислительное пламя Са-Р, ГА +
Шликерный и золь-гель метод ТЮ2, Са-Р, ГА - +
Микродуговой разряд в электролите ТЮ2, Са-Р +