СЕЛЕКТИВНЫЙ ТРАВИТЕЛЬ ДЛЯ ТИТАНА Российский патент 2010 года по МПК A61L27/06 C25F3/02 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к подготовке поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата, и может быть использовано для выявления микроструктуры металла.

Известен способ обработки поверхности титанового имплантата травителем, содержащим фтористоводородную кислоту, концентрацией 0,1-0,5 М. Обработку поверхности имплантата проводят при комнатной температуре (24±1°C) в течение 60-180 с [Патент РФ №2314772, 2008].

Недостатком данного травителя является высокая токсичность фтористоводородной кислоты, имеющей сравнительно высокие значения парциальных давлений паров при комнатной температуре, равные 2-5 мм рт. ст. (226,64-666,52 Па). Кроме этого, при обработке таким травителем на поверхности имплантата формируется остаточный слой из фторидов титана низшей валентности - ди- и трифторида титана, которые труднорастворимы и могут оказывать негативное воздействие на биоактивное покрытие и живой организм в целом.

Известен также химический травитель для титана, состоящий из следующих компонентов: серная кислота - 20 маc.% и фторид аммония - 4 маc.% [Грилихес С.Я. Полирование, травление и обезжиривание металлов. - Л.: Машиностроение, 1971. - изд. 3, вып.1. - 127 с. - С.78].

Недостатками этого состава являются высокая скорость травления, неоднородность микрорельефа травленой поверхности и образование остаточного слоя труднорастворимых фторидов на поверхности титана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является селективный травитель для титана и его сплавов, состоящий из следующих компонентов: фосфорная кислота 2-6,8 н. (0,2-2%) и фторид аммония 1-5 н. (0,1-0,5%) [Усова В.В. Травление титана и его сплавов. - М.: Машиностроение, 1984. - 128 с. - С.43].

Недостатками известного травителя являются высокая скорость травления титана, трудности регулирования толщины стравливаемого слоя, неоднородный микрорельеф и образование остаточного слоя из низших фторидов титана большой толщины.

Задачей указанного изобретения является получение селективного травителя для титановых имплантатов, имеющего небольшую скорость травления, позволяющего регулировать толщину стравливаемого слоя и не образующего остаточного слоя низших фторидов титана.

Поставленная задача достигается тем, что заявленный травитель, содержащий фосфорную кислоту и фторид аммония, дополнительно содержит этиленгликоль при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%:

Фосфорная кислота 17-68 Фторид аммония 0,008-0,02 Этиленгликоль 2-10 Вода остальное

Преимущества предлагаемого состава травителя, по сравнению с известным, заключаются в следующем: снижение концентрации фторида аммония и наличие этиленгликоля способствуют замедлению процесса травления титана. При обработке титановых имплантатов заявляемым травителем на поверхности формируется определенный микрорельеф, обеспечивающий хорошее сцепление биоактивного покрытия с имплантатом. Увеличение концентрации фосфорной кислоты приводит к образованию остаточного слоя на поверхности титана, состоящего из нестехиометрических фосфатов титана, которые имеют химическое сродство к фосфорсодержащим биоактивным покрытиям и костной ткани. Наличие фторида аммония в заявленных пределах только катализирует процесс окисления поверхности титана, но не является самостоятельным окислителем, поэтому фтор-ион отсутствует в составе остаточного оксидного слоя на травленой поверхности титана.

Для получения предложенного селективного травителя приготавливают три смеси ингредиентов, отличающихся содержанием фосфорной кислоты, фторида аммония, этиленгликоля и воды.

Используемые реактивы для составления травителя имеют квалификацию «осч» и исходные концентрации, мас.%: фосфорной кислоты - 85; фторида аммония - 40; этиленгликоля - 100.

В качестве образцов для химического травления использовали пластины титана ВТ1-0 (10×10), шлифованные и механически полированные. Образцы титана перед химическим травлением обезжиривают при кипячении последовательно в двух порциях четыреххлористого углерода в течение 10 мин. Образец взвешивают, помещают в травитель на 2-10 мин. По окончании травления образец промывают тремя порциями дистиллированной воды, сушат в изопропиловом спирте и взвешивают.

Контроль поверхности образца осуществляют на металлографическом микроскопе «МЕТАМ» при 1000-кратном увеличении.

Методика исследования химического селективного травления образцов для всех составов смесей одинакова.

Пример 1. Из ингредиентов приготавливают смесь, мас.%:

Фосфорная кислота 17 Фторид аммония 0,008 Этиленгликоль 2 Вода остальное

Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.

Пример 2. Из ингредиентов приготавливают смесь, мас.%:

Фосфорная кислота 43 Фторид аммония 0,01 Этиленгликоль 5 Вода остальное

Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.

Пример 3. Из смеси ингредиентов приготавливают травитель, мас.%:

Фосфорная кислота 68 Фторид аммония 0,02 Этиленгликоль 10 Вода остальное

Образец титана погружают в полученную смесь и, непрерывно перемешивая раствор, выдерживают в нем образец 10 мин.

Диапазон концентраций компонентов определяется, исходя из оптимальных значений скорости травления для лучшего регулирования толщины стравливаемого слоя и микрорельефа поверхности, а также для формирования остаточного слоя из нестехиометрических фосфатов титана.

При концентрации фосфорной кислоты в травителе меньше 17 мас.% скорость травления мала, микрорельеф поверхности выражен неявно, поэтому необходимо увеличивать время травления. Но при увеличении времени травления микрорельеф получается без выраженных ямок травления. Сглаживание поверхности имплантата ухудшает адгезию покрытия. При концентрации кислоты больше 68 мас.% поверхность титана ингибируется плотным толстым слоем образовавшихся фосфатов титана, который затрудняет дальнейшее травление и формирование микрорельефа на поверхности.

При концентрации фторида аммония менее 0,008% травление замедляется, что растягивает процесс формирования необходимого микрорельефа во времени. При концентрации фторида аммония более 0,02% скорость травления возрастает, но при этом на поверхности титана в состав остаточного слоя из фосфатов титана внедряется фторид-ион, оказывающий негативное влияние на биоактивное покрытие и, соответственно, живой организм.

Введение в состав травителя этиленгликоля позволяет плавно регулировать скорость травления титана. При концентрации меньше 2 мас.% его влияние незаметно, а при концентрации выше 10 мас.% вязкость травителя повышается, травление лимитируется диффузионными процессами, ямки травления получаются со сглаженными краями, т.е. травитель по своим свойствам из селективного травителя превращается в полирующий травитель.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к подготовке поверхности титановых имплантатов перед нанесением биоактивных покрытий на поверхность имплантата, и может быть использовано для выявления микроструктуры металла. Травитель содержит фосфорную кислоту и фторид аммония и дополнительно этиленгликоль при следующем количественном соотношении компонентов, мас.%: фосфорная кислота - 17-68, фторид аммония - 0,008-0,02, этиленгликоль - 2-10, вода - остальное. Селективный травитель для титановых имплантатов имеет небольшую скорость травления, что позволяет регулировать толщину стравливаемого слоя, при этом не образуется остаточного слоя низших фторидов титана.

Селективный травитель для титана, содержащий фосфорную кислоту, фторид аммония и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит этиленгликоль при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фосфорная кислота 17-68 Фторид аммония 0,008-0,02 Этиленгликоль 2-10 Вода остальное