Методы получения неметаллических покрытий медицинского назначения

В настоящее время для формирования кальций-фосфатных покрытий на поверхности титана предложен ряд методов:

• • осаждение из химического или физического пара;
• • технологии плазменного напыления;
• • ионно-плазменное напыление;
• • импульсно-пучковый метод;
• • электроннолучевая технология;
• • керамические (шликерный; золь-гель; эмалирование) методы;
• • электрохимическое оксидирование.

Биомиметическое формирование покрытий на титане

Биомимстическос формирование покрытий на титане заключается

в осаждении гидроксиапатита на предварительно обработанный металл в растворе SBF (Simulated Body Fluid), по своему составу соответствующему межтканевой жидкости, т. е. это метод воспроизведения процессов, происходящих в организме. Недостатком этого метода является его длительность. Для роста покрытия толщиной в несколько микрон требуется несколько недель.

Технологии плазменного напыления

Плазменное напыление - процесс нанесения покрытия на поверхность изделия с помощью плазменной струи. Плазменная струя - это частично или полностью ионизированный газ, обладающий свойством электропроводности и имеющий высокую температуру.

Для нанесения плазменных покрытий применяется низкотемпературная плазма.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подастся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия.

Плазменный процесс состоит из трех основных стадий:

• 1) генерация плазменной струи;
• 2) ввод распыляемого материала в плазменную струю, его нагрев и ускорение;
• 3) взаимодействие плазменной струи и расплавленных частиц с основанием.

Плазменным напылением наносятся износостойкие, антифрикционные, жаро-, коррозионно-стойкие и другие покрытия.

Напыление с помощью низкотемпературной плазмы позволяет:

• • использовать различные материалы: металлы, сплавы, окислы, карбиды, нитриды, бориды, пластмассы и их различные комбинации;
• • наносить их в несколько слоев, получая покрытия со специальными характеристиками;
• • улучшить качество покрытий. Они получаются более равномерными, стабильными, высокой плотности и с хорошим сцеплением с поверхностью детали.

К основным недостаткам метода нанесения покрытий напылением можно отнести малую эффективность и неэкономичность процесса напыления при нанесении покрытий на небольшие детали из-за больших потерь напыляемого материала. В таких случаях покрытие лучше наносить другими способами.

Наиболее простой вариант нагревателя газа представляет собой дуговой электрический разряд, горящий между двумя торцовыми электродами, обдуваемый газом в осевом или перпендикулярном направлении.

Среднемассовая температура нагретого газа 10000 К при работе на одноатомных газах и 4000...5000 К при работе на двухатомных газах (азот, водород).

Для нанесения плазменных покрытий применяются такие установки, как УПУ-ЗД, УМП-6, «Киев-7» и др. (табл. 5.1). Установки предназначены для получения плазменным напылением теплозащитных, жаростойких, электроизоляционных, износостойких и антикоррозионных покрытий из металлических порошков и керамики на внутренние и наружные поверхности тел вращения, а также на поверхности плоских изделий.

Таблица 5.1

Технические характеристики плазменных электродуговыхустановок

Установка для плазменного напыления включает: распылитель (плазмотрон), источник питания, газораспределительную систему, механизм подачи материала, система охлаждения, пульт управления и различные элементы оснастки.

Важной конструктивной особенностью плазмотрона является место ввода напыляемого порошка. Напыляемый материал может вводиться в стол дуги, в анодный сопловой узел и за срез плазмотрона.

В качестве плазмообразующихся газов при нанесении покрытий используют аргон, азот, смесь аргона с азотом или водородом, реже применяют аммиак, гелий или смесь аргона с гелием.

Аргоновая плазма (ионизированный газ) имеет высокую температуру 15000. ..30000 К. Температура азотной плазмы ниже (10000... 15000 К), но имеет более высокое теплосодержание за счет поглощенной энергии диссоциации и ионизации, выделяемой при рекомбинации (при охлаждении газа в свободной плазменной струе).

Технологический процесс нанесения покрытий включает следующие операции:

• • предварительную подготовку поверхности изделия для обеспечения прочного сцепления напыляемого материала;
• • подготовку материала;
• • нанесение покрытия;
• • механическую обработку покрытия после напыления [28].

Для повышения адгезии покрытий поверхности детали необходимо придать шероховатость. С этой целью применяют струйнообразив- ную обработку, травление, электроискровые методы. Все чаще в последние годы используют нанесение подслоя из материалов, обладающих высокой адгезией к основному металлу.

Сцепление напыленного металла с горячими поверхностями прочнее, чем с холодными. В принципе, чем выше температура, тем прочнее адгезия.

Основное преимущество напыления - отсутствие структурных превращений и деформаций металла. Напылением получают покрытия толщиной до 2,0 мм. Деталь при этом не нагревается более 200...300 °С.

Применяемые материалы имеют отличный от материала основы коэффициент линейного расширения, достигающий больших значений (8... 16)- 10 ⁶-К^-1, что является причиной появления в покрытиях остаточных напряжений. Наибольшую опасность представляют растягивающие напряжения, так как предел прочности материалов на сжатие почти на порядок выше предела прочности на растяжение.

Покрытия имеют свойства сжиматься в процессе их нанесения в связи с усадкой. Возникают касательные напряжения в месте контакта, появляется тенденция к отрыву от буртиков на краях проточки.