Влияние мощности ультразвука при микродуговом оксидировании на морфологию, состав, смачиваемость и электрические свойства кальций-фосфатных биопокрытий на титане

В работе показана эффективность управления микроструктурой, морфологией, химическим и фазовым составами, смачиваемостью и электрическими свойствами кальций-фосфатных биопокрытий путем изменения мощности ультразвука (УЗ) (0, 50, 100, 200 Вт) при микродуговом оксидировании (МДО) титановых образцов. УЗ воздействие в процессе МДО способствует структурной и фазовой трансформации покрытий из рентгеноаморфного состояния в аморфно-кристаллическое состояние с формированием менее 10 об.% кристаллических фаз CaHPO4 и β-Ca2P2O7, увеличению количества Ca и P в покрытиях и улучшению их гидрофильности. Повышение мощности УЗ до 100 Вт при МДО приводит к увеличению толщины, внутренней пористости и количества областей деструкции на поверхности покрытий, что способствует уменьшению поверхностной пористости. Однако дальнейшее увеличение мощности УЗ от 100 до 200 Вт не приводит к существенным изменениям в микроструктуре покрытий, по сравнению с контрольными покрытиями, сформированными без УЗ. Показано, что минимальная мощность УЗ 50 Вт обеспечивает формирование кальций-фосфатного покрытия с самым высоким отрицательным зарядом поверхности -146 мВ и наилучшей гидрофильностью. Краевые углы смачивания водой и глицерином данных покрытий не превышают соответственно 5,8 и 17,1°, а свободная поверхностная энергия имеет высокое значение 74,6 МДж/м2, основной вклад в которую вносит полярная компонента 65,0 МДж/м2.
Разработанные электретные кальций-фосфатные биопокрытия с отрицательным поверхностным потенциалом, микрошероховатостью 3,5 мкм, высокой пористостью 15-30 % и высокой гидрофильностью потенциально могут улучшить эффект сцепления поверхности костных титановых имплантатов с окружающими тканями путем комбинированного химического, механического и биоэлектрического взаимодействия.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, проект № FWRW-2021-0007.
Komarova E.G., Akimova E.B., Kazantseva E.A., Zharin A.L., Sharkeev Yu.P. Effect of ultrasonic power applied to micro-arc oxidation on the morphology, chemistry, wettability and electrical properties of calcium phosphate coatings on titanium // Journal of Alloys and Compounds. – 2025. – V. 1039. – P. 183056. Doi: 10.1016/j.jallcom.2025.183056 (Impact Factor 6.3, Q1)