Автоматичне зварювання, 2024, №06



2024 №06 (01)

DOI of Article 10.37434/as2024.06.02

2024 №06 (03)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 6, 2024, с. 10-16

Покриття для медичного застосування, отримане методом мікроплазмового напилення сплаву Zr–Nb

С.Ю. Максимов¹, С.Г. Войнарович¹, С.М. Калюжний¹, О.М. Кислиця¹, І.С. Свірідова¹, Д.Л. Алонцева², R. Yamanoglu³

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: serge.voy@gmail.com
²Східно-Казахстанський технічний університет ім. Д. Серикбаєва. 070004, м. Усть-Каменогорськ, вул. Протозанова, 69, Казахстан.
³Department of Metallurgical and Materials Engineering, College of Engineering, Kocaeli University. 41380, Kocaeli, Turkey. E-mail: ryamanoglu@kocaeli.edu.tr

У роботі розглядається технологія мікроплазмового напилення зі сплаву Zr–Nb біосумісних покриттів та їх властивості. На поверхні пористого Zr–Nb покриття з найбільш розвиненим мікрорельєфом поверхні виявлено присутність як відкритих макропор розміром до 300 мкм, так і мікропор розміром до 10 мкм. Рентгенофазовий аналіз сформованих Zr–Nb покриттів показав наявність фаз α-твердого розчину Zr, оксиду (ZrO2), нітриду (ZrN) і карбіду (ZrNbC2). Були встановлені показники корозійної стійкості мікроплазмового Zr–Nb покриття та сплаву Ті6Al4V в розчині 0,9 % NaCl, що імітує середовище людського організму. Передбачається, що покриття зі сплаву Zr–Nb, отримані мікроплазмовим напиленням на поверхнях існуючих ендопротезів зі сплаву Ті6Al4V, дозволять у майбутньому підвищити стійкість до корозії та остеоінтеграцію між кісткою та імплантатом. Бібліогр. 26, табл. 2, рис. 5.
Ключові слова: мікроплазмове напилення, біосумісне покриття, сплав Zr–Nb, морфологія поверхні, міцність зчеплення, корозійна стійкість


Надійшла до редакції 09.09.2024
Отримано у переглянутому вигляді 29.10.2024
Прийнято 13.12.2024

Список літератури

1. Abd-Elaziem, W., Darwish, M.A., Hamada, A., Daoush, W.M. (2024) Titanium-based alloys and composites for orthopaedic implants applications: A comprehensive review. Materials & Design, 241, 112850. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112850
2. Quinn, J., McFadden, R., Chan, C.-W., Carson, L. (2020) Titanium for orthopaedic applications: An overview of surface modification to improve biocompatibility and prevent bacterial biofilm formation. Science, 23(11), 101745. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101745
3. Tepla, T., Pleshakov, E., Sieniawski, J., Bohun, L. (2022) Causes of degradation of titanium dental implants. Ukrainian J. of Mechanical Engineering and Mater. Sci., 8(4), 31–40. DOI: https://doi.org/10.23939/ujmems2022.04.031
4. Wang, H., Liu, J., Wang, C. et al. (2020) The synergistic effect of 3D-printed microscale roughness surface and nanoscale feature on enhancing osteogenic differentiation and rapid osseointegration. J. of Mater. Sci. & Technology, 63, 18–26. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.12.030
5. Alontseva, D.L., Ghassemieh, E., Voinarovych, S. et al. (2019) Characterisation of the microplasma spraying of biocompatible coating of titanium. J. of Microscopy, 279(3), 148–157. DOI: https://doi.org/10.1111/jmi.12849
6. Woźniak, A., Staszuk, M., Reimann, Ł. et al. (2021) The influence of plasma-sprayed coatings on surface properties and corrosion resistance of 316L stainless steel for possible implant application. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 21(4), 148. DOI: https://doi.org/10.1007/s43452-021-00297-1
7. Mehjabeen, A., Song, T., Xu, W. et al. (2018) Zirconium alloys for orthopaedic and dental applications. Advanced Engineering Materials, 20(9), 1800207. DOI: https://doi. org/10.1002/adem.201800207
8. Zhou, F.Y., Wang, B.L., Qiu, K.J. et al. (2012) Microstructure, mechanical property, corrosion behavior, andin vitrobiocompatibility of Zr–Mo alloys. J. of Biomedical Materials Research Pt B: Applied Biomaterials, 101B(2), 237–246. DOI: https://doi.org/10.1002/jbm.b.32833
9. Stich, T., Alagboso, F., Křenek, T. et al. (2021) Implant-bone-interface: reviewing the impact of titanium surface modifications on osteogenic processes in vitro and in vivo. Bioengineering & Translational Medicine, 7, e10239. DOI: https://doi.org/10.1002/btm2.10239
10. Cheikho, K., Laurent, C., Ganghoffer, J.F. (2022) An advanced method to design graded cylindrical scaffolds with versatile effective cross-sectional mechanical properties. J. of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 125, 104887. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104887
11. Wang, R., Ni, S., Ma, L., Li, M. (2022) Porous construction and surface modification of titanium-based materials for osteogenesis: A review. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10, 973297. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.973297
12. Wang, H., Liu, J., Wang, C. et al. (2020) The synergistic effect of 3D-printed microscale roughness surface and nanoscale feature on enhancing osteogenic differentiation and rapid osseointegration. J. of Mater. Sci. & Technol., 63, 18–26. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2019.12.030
13. Li, B.E., Li, Y., Min, Y. et al. (2015) Synergistic effects of hierarchical hybrid micro/nanostructures on the biological properties of titanium orthopaedic implants. RSC Advances, 5(61), 49552–49558. DOI: https://doi.org/10.1039/c5ra05821j
14. Cheng, B., Niu, Q., Cui, Y. et al. (2017) Effects of different hierarchical hybrid micro/nanostructure surfaces on implant osseointegration. Clinical Implant Dentistry and Related Research, 19(3), 539–548. DOI: https://doi.org/10.1111/cid.12471
15. Matsuzaka, K., Frank Walboomers, X., Yoshinari, M. et al. (2003) The attachment and growth behavior of osteoblast-like cells on microtextured surfaces. Biomaterials, 24(16), 2711– 2719. DOI: https://doi.org/10.1016/s0142-9612(03)00085-1
16. Nakashima, Y., Hayashi, K., Inadome, T. et al. (1997) Hydroxyapatite-coating on titanium arc sprayed titanium implants. J. of Biomedical Materials Research, 35(3), 287–298. DOI: https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636(19970605)35:3%3C287::aid-jbm3%3E3.0.co;2-d
17. Jahani, B. (2021). The effects of surface roughness on the functionality of Ti13Nb13Zr orthopedic implants. Biomedical J. of Scientific & Technical Research, 38(1), 30058–30067. DOI: https://doi.org/10.26717/bjstr.2021.38.006104
18. Lewallen, E.A., Trousdale, W.H., Thaler, R. et al. (2021) Surface roughness of titanium orthopaedic implants alters the biological phenotype of human mesenchymal stromal cells. Tissue Engineering Pt A, 27, 1503–1516. DOI: https://doi.org/10.1089/ten.tea.2020.0369
19. Borisov, Yu.S., Kislitsa, A.N., Vojnarovich, S.G. (2006) Peculiarities of the process of microplasma wire spraying. The Paton Welding J., 4, 21–25.
20. Voinarovych, S.G., Alontseva, D.L., Kyslytsia, O.N. et al. (2021) Fabrication and characterization of Zr microplasma sprayed coatings for medical applications. Advances in Mater. Sci., 21(2), 93–105. DOI: https://doi.org/10.2478/adms-2021-0013
21. Fousova, M., Vojtech, D., Jablonska, E. et al. (2017) Novel approach in the use of plasma spray: Preparation of bulk titanium for bone augmentations. Materials, 10(9), 987. DOI: https://doi.org/10.3390/ma10090987
22. Alontseva, D., Ghassemieh, E., Voinarovych, S. et al. (2020) Manufacturing and characterisation of robot assisted microplasma multilayer coating of titanium implants: biocompatible coatings for medical implants with improved density and crystallinity. Johnson Matthey Technology Review, 64(2), 180–191. DOI: https://doi.org/10.1595/205651320x15737283268284
23. Cheikho, K., Laurent, C., Ganghoffer, J.F. (2022) An advanced method to design graded cylindrical scaffolds with versatile effective cross-sectional mechanical properties. J. of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 125, 104887. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104887
24. Rosalbino, F., Macciò, D., Scavino, G. (2023) Corrosion behaviour of Zr–Ag alloys for dental implant application. Mater. Sci. and Applications, 14(11), 501–514. DOI: https://doi.org/10.4236/msa.2023.1411033
25. Кириченко В.Г. (2015). Ядерно-физическое металловедение сплавов атомной энергетики. Глава 1. Харьков, ХНУ им. В.Н. Каразина.
26. Peron, M., Bertolini, R., Cogo, S. (2022) On the corrosion, stress corrosion and cytocompatibility performances of ALD TiO2 and ZrO2 coated magnesium alloys. J. of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 125, 104945. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2021.104945

---

Реклама в цьому номері:

---