Дослідження поверхневих і структурних властивостей наноструктурних оксидних покриттів для застосування в тотальному і модульному ендопротезуванні суглобів

Abstract

Deposition of functional coatings on metal substra-tes (stainless steel 1H18N9, titanium alloy Ti6Al4V) makes it possible to combine biocompatibility of ceramics with advantages of metals for improving tribological characteristics of prostheses and creating new low-cost and innovative prototypes for defect replacement in patients of different age groups. The specific properties of nanostructural oxide coatings make them most promising for subsequent applications in implantology. High hardness parameters up to 9 Gpa, adhesion strength up to 40 N and a low friction coefficient with a strong tendency to decrease in fluids (0.07) were estimated. The corrosion test results show that oxide coating deposition had improved the corrosion resistance parameters by a factor of ten both for stainless steel and titanium substrates. The surface with oxide coatings demonstrated electrical inertness and capacitive properties. The hydrophilic property of coated surfaces versus the metal one was investigated by the method of tensiometry. Surfaces with nanostructural oxide coatings demonstrated improved biocompatibility due to dielectric properties and high values of surface energy.

Нанесение функциональных покрытий на металлические материалы (нержавеющая сталь 1H18N9, сплав титана Ti6Al4V) позволяет совмещать биосовместимость керамики с преимуществами металлов для усовершенствования трибологических характеристик протезов и создания недорогих инновационных прототипов с целью замещения дефектов у пациентов различных возрастных групп. Специфические свойства наноструктурных оксидных покрытий делают их наиболее перспективными для дальнейшего применения в имплантологии. Были исследованы высокие показатели твердости порядка 9 Gpa, адгезионной прочности порядка 40 N и низкий коэффициент трения с выраженной тенденцией к уменьшению в жидкостях порядка 0,07. Результаты коррозионных тестов демонстрируют улучшение на порядок сопротивления коррозии как для субстратов из нержавеющей стали, так и сплава титана. Поверхность с оксидными покрытиями демонстрирует электрическую инертность и емкостные свойства. Гидрофильность поверхности покрытий в сравнении с металлическими субстратами исследована методом тенсиометрии. Поверхности с наноструктурными оксидными покрытиями обладают улучшенной биосовместимостью благодаря диэлектрическим свойствам и высоким значениям поверхностной энергии.

Нанесення функціональних покриттів на металеві матеріали (іржостійка сталь 1H18N9, сплав титану Ti6Al4V) дозволяє поєднувати біосумісність кераміки з перевагами металів для вдосконалення трибологічних характеристик протезів та створення недорогих інноваційних прототипів з метою заміщення дефектів у пацієнтів різних вікових груп. Специфічні властивості наноструктурних оксидних покриттів роблять їх найперспективнішими для подальшого застосування в імплантології. Були досліджені високі показники твердості близько 9 Gpa, адгезійної міцності близько 40 N і низький коефіцієнт тертя з вираженою тенденцією до зменшення в рідинах порядку 0,07. Результати корозійних тестів демонструють поліпшення на порядок опору корозії як для субстратів з іржостійкої сталі, так і сплаву титану. Поверхня з оксидними покриттями демонструє електричну інертність і ємнісні властивості. Гідрофільність поверхні покриттів у порівнянні з металевими субстратами досліджена методом тенсіометрії. Поверхні з наноструктурними оксидними покриттями мають покращену біосумісність завдяки діелектричним властивостям і високим значенням поверхневої енергії.