Ученые СГТУ им. Гагарина Ю.А. получили сверхтвердое танталовое покрытие, которое позволит продлить срок службы титановых имплантов, применяемых в стоматологии и хирургии, и улучшит их срастание с костями. Результаты исследования описаны в статье, опубликованной в International Journal of Refractory Metals and Hard Materials.
Титан обладает высокой прочностью, легкостью, устойчивостью к коррозии, а также хорошей биосовместимостью — обычно организм его не отторгает, но иногда примеси, содержащиеся в титановых сплавах, могут провоцировать аллергию. Избежать таких реакций помогает формирование на титане твердого пористого покрытия из керамики или других биосовместимых металлов и их соединений. Кроме того, пористое покрытие ускоряет приживление импланта.
Перспективным материалом для такой обработки является тугоплавкий, но пластичный металл тантал. Под действием высокой температуры на нем образуется тонкий оксидный слой, устойчивый к коррозии, гипоаллергенный и нейтральный по отношению к организму. Также благодаря контролируемой термической обработке тантал становится твердым и приобретает наноразмерную поверхностную структуру.
Ученые из Саратова еще в 2018 году предложили совместить высокотемпературную обработку танталового покрытия с методом электроискрового легирования — нанесения тантала на титан с помощью устройства, генерирующего электрические искры между электродом и изделием. Рабочая часть танталового электрода оплавлялась и в виде микрокапель переносилась на поверхность титана, благодаря чему металлы «сваривались». Далее термическая обработка приводила к образованию на покрытии оксида тантала, который упрочнил титан-танталовый слой и заполнил трещины, появившиеся из-за быстрого остывания танталовых капель. Такой метод позволил получить упругое высокопористое покрытие, но его недостатком оказалась неравномерная толщина, которая мешала покрытию служить буфером, защищая имплант от повреждений.
В новой работе ученые автоматизировали процесс электроискрового напыления тантала с помощью числового программного управления. Комбинация различных методов позволила достичь сверхтвердости пористого материала, в 2–5 раз превышающей показатели биосовместимых покрытий, нанесенных иными способами и сделанных из других материалов. Предложенная технология поможет улучшить характеристики и продлить срок службы титановых имплантов.