Автоматичне зварювання, 2025, №06

2025 №06 (01)

DOI of Article 10.37434/as2025.06.02

2025 №06 (03)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 6, 2025, с. 10-17

Особливості формування біосумісних покриттів з порошку гідроксиапатиту, легованого сріблом, методом мікроплазмового напилення

С.М. Калюжний¹, С.Ю. Максимов¹, С.Г. Войнарович¹, О.М. Кислиця¹, Н.В. Ульянчич², В.В. Коломієць², В.М. Теплюк¹, Н.В. Прохоренкова³

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул Казимира Малевича, 11. E-mail: 14dep_pwi@ukr.net
²Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАНУ. 03142, м. Київ, вул. Омеляна Пріцака, 3. E-mail: dir@ipms.kyiv.ua
³Школа архітектури, будівництва та енергетики, Східно-Казахстанський технічний університет ім. Д. Серікбаєва, 070004, м. Усть-Каменогорськ, вул. Протозанова, 69, Казахстан. E-mail: kense@edu.ektu.kz

У роботі досліджено формування біокерамічних покриттів із гідроксиапатиту (ГА), легованого сріблом (ГА+Ag), методом мікроплазмового напилення (МПН) на титанові підкладки. Проаналізовано вплив технологічних параметрів МПН (сила струму, витрата плазмоутворюючого газу, дистанція напилення) та розмір частинок порошку на ступінь розплавлення частинок, морфологію поверхні та фазовий склад покриттів. Встановлено, що за оптимізації режимів МПН в аргоновому мікроплазмовому струмені можливо керувати термічним розкладанням ГА та співвідношенням кристалічної й аморфної фази під час формування покриття ГА+Ag. Доведено, що отримані методом МПН покриття ГА+Ag проявляють антибактеріальну активність щодо Escherichia coli, Staphylococcus aureus та Pseudomonas aeruginosa: вони повністю пригнічують зростання кишкової палички та суттєво знижують життєздатність інших протестованих мікроорганізмів. Покриття ГА+Ag на підшарі з цирконію продемонстрували адгезійну міцність, яка перевищує 15 МПа, що є достатнім показником для застосування отриманих покриттів на поверхнях імплантатів. Отримані результати підтверджують ефективність використаного методу МПН та перспективність його застосування для створення економічних, технологічно оптимальних і біофункціональних покриттів на титанових імплантатах. Бібліогр. 38, табл. 2, рис. 5.
Ключові слова: мікроплазмове напилення, біосумісне покриття, легований сріблом гідроксиапатит, сплет-тест, фазовий склад покриттів


Надійшла до редакції 03.10.2025
Отримано у переглянутому вигляді 18.11.2025
Прийнято 23.12.2025

Список літератури

1. Eliaz, N., & Metoki-Shlubsky, N. (2017). Calcium Phosphate Bioceramics: A Review of Their History, Structure, Properties, Coating Technologies and Biomedical Applications. Materials, 10(4), 334. https://doi.org/10.3390/ma10040334
2. Heimann, R. B. (2024). Plasma-Sprayed Osseoconductive Hydroxylapatite Coatings for Endoprosthetic Hip Implants: Phase Composition, Microstructure, Properties, and Biomedical Functions. Coatings, 14(7), 787. https://doi.org/10.3390/coatings14070787
3. Gupta, T. T., et al. (2020). Staphylococcus aureus aggregates on orthopedic materials under varying levels of shear stress. Applied and Environmental Microbiology, 86(19). https://doi.org/10.1128/aem.01234-20
4. Godoy-Gallardo, M., Eckhard, U., Delgado, L. M., de Roo Puente, Y. J. D., Hoyos-Nogués, M., Gil, F. J., & Perez, R. A. (2021). Antibacterial approaches in tissue engineering using metal ions and nanoparticles: From mechanisms to applications. Bioactive Materials, 6(12), 4470–4490. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.04.033
5. Dube, E., & Okuthe, G. E. (2025). Silver Nanoparticle-Based Antimicrobial Coatings: Sustainable Strategies for Microbial Contamination Control. Microbiology Research, 16(6), 110. https://doi.org/10.3390/microbiolres16060110
6. Rios-Pimentel, F. F., Méndez-González, M. M., & García-Rocha, M. (2023). A short review: hydroxyapatite coatings for metallic implants. Heat Treatment and Surface Engineering, 5(1). https://doi.org/10.1080/25787616.2023.2202002
7. Bansal, G., Gautam, R., Misra, J., & Mishra, A. (2023). Coating Methods for Hydroxyapatite-A Bioceramic Material. In Bioceramics. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-99-3549-9_13
8. Su, Y., Cockerill, I., Zheng, Y., Tang, L., Qin, Y.-X., & Zhu, D. (2019). Biofunctionalization of metallic implants by calcium phosphate coatings. Bioactive Materials, 4, 196–206. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2019.05.001
9. Sun, L. (2018). Thermal Spray Coatings on Orthopedic Devices: When and How the FDA Reviews Your Coatings. Journal of Thermal Spray Technology, 27, 1160–1171. https://doi.org/10.1007/s11666-018-0759-2
10. Mohseni, E., Zalnezhad, E., & Bushroa, A. R. (2014). Comparative investigation on the adhesion of hydroxyapatite coating on Ti–6Al–4V implant: A review paper. International Journal of Adhesion and Adhesives, 48, 238–257. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2013.09.030
11. Khor, K. A., Li, H., & Cheang, P. (2004). Significance of melt-fraction in HVOF sprayed hydroxyapatite particles, splats and coatings. Biomaterials, 25(7–8), 1177–1186. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.08.008
12. Alontseva, D., Azamatov, B., Safarova, Y., Voinarovych, S., & Nazenova, G. (2023). A Brief Review of Current Trends in the Additive Manufacturing of Orthopedic Implants with Thermal Plasma-Sprayed Coatings. Coatings, 13(7), 1175. https://doi.org/10.3390/coatings13071175
13. Weiss, S., Alontseva, D., Safarova, Y., Voinarovych, S., Obrosov, A., Yamanoğlu, R., Khoshnaw, F., Yavuz, H., Kaliuzhnyi, S., Krasavin, A., & Azamatov, B. (2025). Microplasma-Sprayed Titanium and Hydroxyapatite Coatings on Ti6Al4V Alloy: In vitro Biocompatibility and Corrosion Resistance: Part I. Johnson Matthey Technology Review, 69. https://doi.org/10.1595/205651325X17201903387613
14. Alontseva, D., Safarova, Y., Voinarovych, S., Obrosov, A., Yamanoglu, R., Khoshnaw, F., Yavuz, H. I., Nessipbekova, A., Syzdykova, A., Azamatov, B., Khozhanov, A., & Weiß, S. (2024). Biocompatibility and Corrosion of Microplasma-Sprayed Titanium and Tantalum Coatings. Coatings, 14(2), 206. https://doi.org/10.3390/coatings14020206
15. Борисов, Ю. С., Борисова, А. Л., Туник, А. Ю., Карпец, М. В., Войнарович, С. Г., Кислица, А. Н., & Кузьмич-Янчук, Е. К. (2008). Влияние параметров микроплазменного напыления на структуру, фазовый состав и текстуру покрытий из гидроксиапатита. Автоматическая сварка, 4, 15–20.
16. Cizek, J., & Khor, K. A. (2012). Role of in-flight temperature and velocity of powder particles on plasma sprayed hydroxyapatite coating characteristics. Surface and Coatings Technology, 206(8–9), 2181–2191. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.09.058
17. Dyshlovenko, S., Pawlowski, L., Roussel, P., et al. (2006). Relationship between plasma spray parameters and microcracking of hydroxyapatite coatings. Surface and Coatings Technology, 200(20–21), 3845–3855. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.11.037
18. Gu, Y. W., Khor, K. A., & Cheang, P. (2003). In vitro studies of plasma-sprayed hydroxyapatite/Ti-6Al-4V composite coatings in simulated body fluid. Biomaterials, 24(9), 1603–1611. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(02)00573-2
19. Bolelli, G., Sabiruddin, K., Lusvarghi, L., Gualtieri, E., Valeri, S., & Bandyopadhyay, P. P. (2010). FIB assisted study of plasma sprayed splat-substrate interfaces. Surface and Coatings Technology, 205(2), 363–371. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.06.057
20. Fukumoto, M., Hayashi, H., & Yokoyama, T. (1995). Relationship between particle’s splat pattern and coating adhesive strength of HVOF sprayed Cu-alloy. Journal of Japan Thermal Spraying Society, 2(3), 149–156.
21. Yushenko, V., et al. (2006). Plasmatron for Spraying of Coatings. WO2004010747A1 – Google Patents.
22. Alontseva, D., Ghassemieh, E., Voinarovych, S., Kyslytsia, O., Polovetskyi, Y., Prokhorenkova, N., & Kadyruldina, A. (2019). Manufacturing and Characterization of Robot Assisted Microplasma Multilayer Coating of Titanium Implants. Johnson Matthey Technology Review, 64, 157–167. https://doi.org/10.1595/205651320x15737283268284
23. Dyshlovenko, S., Pateyron, B., Pawlowski, L., Murano D. (2004). Numerical simulation of hydroxyapatite powder behaviour in plasma jet. Surface and Coatings Technology, 179(1), 110–117. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(03)00890-9
24. Morks M. F., Kobayashi A. (2007). Influence of spray parameters on the microstructure and mechanical properties of gas-tunnel plasma sprayed hydroxyapatite coatings. Materials Science and Engineering: B., 139(2-3), 209–215. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.02.008
25. Brossard S., Munroe P. R., Tran A. T. T., and Hyland M. M. (2010) Study of the effects of surface chemistry on splat formation for plasma sprayed NiCr onto stainless steel substrates, Surface and Coatings Technology, 204(9-10), 1599–1607, 2-s2.0-71049164591. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.10.008
26. Chandra S. and Fauchais P., (2009). Formation of solid splats during thermal spray deposition, Journal of Thermal Spray Technology. 18(2), 148–180, 2-s2.0-67349102724. https://doi.org/10.1007/s11666-009-9294-5
27. Xing Y. Z. and Li C. J., (2009). Bonding characteristics of a plasma-sprayed Yttria-stabilized zirconia splat on a hightemperature substrate, Proceedings of the 4th Asian Thermal Spray Conference, 285–288.
28. Fauchais P., (2004). Understanding plasma spraying. Journal of Physics D: Applied Physics. 37(9), R86–R108. https://doi.org/10.1088/0022-3727/37/9/R02
29. Heimann, R.B. (2016) Plasma-Sprayed Hydroxylapatite-Based Coatings: Chemical, Mechanical, Microstructural, and Biomedical Properties. J Therm Spray Tech 25, 827–850. https://doi.org/10.1007/s11666-016-0421-9
30. Klein, C. P. A. T., de Blieck-Hogervorst, J. M. A., Wolke, J. G. C., et al. (1990). Studies of the solubility of different calcium phosphate ceramic particles in vitro. Biomaterials, 11(7), 509–512. https://doi.org/10.1016/0142-9612(90)90067-z
31. Yang, C. Y., Wang, B. C., Chang, E., & Wu, B. C. (1995). The influences of plasma spraying parameters on the characteristics of hydroxyapatite coatings: a quantitative study. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 6(4), 249–257. https://doi.org/10.1007/bf00120267
32. Vardelle, A., Moreau, C., Themelis, N. J., et al. (2015). A perspective on plasma spray technology. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 35(3), 491–509. https://doi.org/10.1007/s11090-014-9600-y
33. Борисов, Ю. С., Борисова, А. Л. (1986). Плазменные порошковые покрытия. Киев: Техника.
34. Dyshlovenko, S., Pawlowski, L., & Roussel, P. (2005). Experimental investigation of influence of plasma spraying operational parameters on properties of hydroxyapatite. In Thermal Spray Connects: Explore its surfacing potential! ASM International, 726–731.
35. Yang, Y., Kim, K.-H., & Ong, J. L. (2005). A review on calcium phosphate coatings produced using a sputtering process—an alternative to plasma spraying. Biomaterials, 26(3), 327–337. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2004.02.029
36. McPherson, R., Gane, N., & Bastow, T. J. (1995). Structural characterization of plasma-sprayed hydroxyapatite coatings. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 6(6), 327–334.
37. LeGeros, R. Z. (2002). Properties of osteoconductive biomaterials: calcium phosphates. Clinical Orthopaedics and Related Research, 395, 81–98. https://doi.org/10.1097/00003086-200202000-00009
38. Voinarovych, S., Maksimov, S., Kaliuzhnyi, S., Kyslytsia, O., Safarova, Y., & Alontseva, D. (2025). Functional Assessment of Microplasma-Sprayed Hydroxyapatite-Zirconium Bilayer Coatings: Mechanical and Biological Perspectives. Materials, 18(14), 3405. https://doi.org/10.3390/ma18143405

---

Реклама в цьому номері:

---