Materials with shape memory effect and surface layers with increased corrosion resistance and biocompatibility for the manufacture of intraosseous implants

Краткая характеристика
Материалы предназначены для изделий медицинского назначения из никелида титана с модифицированным поверхностным слоем, не содержащим никеля. Легирующими элементами в этом слое являются кислород, углерод и молибден, его толщина составляет 100-700 нм. Модифицированный поверхностный слой содержит пониженную (до 10 ат.%) концентрацию никеля.

Материалы имеют высокую коррозионную стойкость как в исходном ненапряженном состоянии, так и после многократных циклов деформирования в режимах нагрузка-разгрузка, а также низкую растворимость ионов никеля в биохимических и биологических средах.

Указанные свойства достигаются тем, что в результате имплантации ионов молибдена, кислорода и углерода в поверхностном слое никелида титана создается барьерный слой из материнской фазы с глобулярной наноструктурой (с размерами зерен ~100-200 нм) с большой концентрацией оксидов и карбидов титана и молибдена в виде дисперсных выделений (с размерами частиц ~10-20 нм), который имеет высокую прочность к исходной матрице из никелида титана. При термоциклировании или после деформации в изотермических условиях обратимое образование и исчезновение мартенситных пластин не приводит к разрушению оксидо-карбидного слоя титана и/или молибдена, и это предопределяет высокую коррозионную стойкость данного материала в условиях циклических нагрузок.

Выбор в качестве элемента для имплантации молибдена определяется тем, что матрица содержит никель, замещение атомов которого атомами молибдена не приводит к выделению каких-либо вторых фаз. Второй особенностью выбора молибдена в качестве имплантируемого элемента является его высокая устойчивость к окислению (начинает окисляться при температурах выше 600°С с образованием устойчивого окисла MoO₃) и низкая растворимость в биологических жидкостях (например, его растворимость в сыворотке крови и желудочном соке составляет 1,88 % и 2,32 %, соответственно).

Выбор в качестве элементов для имплантации кислорода и углерода обусловлен тем, что эти элементы участвуют в образовании оксидов Ti и Mo и карбидов Ti, которые обладают высокой коррозионной стойкостью и одновременно имеют хорошую адгезию с материалом основы.

Области применения
- медицина, в том числе, стоматология, ортопедия, сосудисто-сердечная хирургия;
- возможно применение технологии модификации поверхностного слоя для обработки деталей из титановых сплавов и никелида титана, предназначенных для длительной эксплуатации в морской и речной воде (судостроение, машиностроение).

Основные преимущества
Повышение коррозионной стойкости и биосовместимости имплантата достигается тем, что на поверхности материала с эффектом памяти формы на основе никелида титана путем ионной имплантации создается модифицированный слой, отличающийся химическим составом от состава основы из титана и никеля.