Forschungsfortschritt zur Oberflächenmodifizierung biomedizinischer Titanlegierungen zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit

Titan und seine Legierungen sind aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen Festigkeit, Ungiftigkeit und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit die am häufigsten verwendeten Metallmaterialien für medizinische Implantate in der Orthopädie und im Dentalbereich. Im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen auf Edelstahl- und Kobaltbasis weisen Titanlegierungen einen niedrigeren Elastizitätsmodul auf, und es wurde nachgewiesen, dass der niedrige Elastizitätsmodul den Spannungsabschirmungseffekt verringert und dadurch die Osseointegration besser induziert und fördert. Diese Vorteile machen es besser für klinisch-medizinische Anwendungen geeignet.

Titan und seine Legierungen können jedoch die klinischen Anforderungen biomedizinischer Implantate nicht erfüllen. Klinische Langzeitstudien haben gezeigt, dass Titanimplantate eine schlechte Verschleißfestigkeit aufweisen. Die durch die Reibung von Titanimplantaten verursachten Verschleißteile können Entzündungen verursachen und toxische Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben. .

Um die biologischen und tribologischen Eigenschaften von Titanlegierungen zu verbessern, sollen durch die Einführung der Oberflächenmodifikationstechnologie zur Verbesserung der biologischen Aktivität, der Verschleißfestigkeit und der antibakteriellen Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen vorhandene konventionelle biologische Materialien verbessert werden, um den aktuellen und sich entwickelnden klinischen Anforderungen gerecht zu werden wirtschaftlichere und effektivere Methode.

   Gegenwärtig wurden verschiedene physikalische und chemische Verfahren verwendet, um die Verschleißleistung der Titanlegierungsoberfläche zu verbessern, indem eine Keramikbeschichtung mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit auf der Titanoberfläche abgeschieden wurde, um deren Verschleiß- und Korrosionsleistung zu verbessern. Üblicherweise verwendete verschleißfeste Beschichtungen umfassen diamantartige Kohlenstoff- (DLC) und Titannitrid- (TiN) Beschichtungen.

  Diamantartiger Kohlenstofffilm (DLC)

  Diamantartiger Kohlenstofffilm wird aufgrund seiner hohen Härte, ausgezeichneten Verschleißfestigkeit, seines niedrigen Reibungskoeffizienten und seiner guten Biokompatibilität häufig als verschleißfeste Beschichtung für medizinische Metallimplantate verwendet. Ein Teil der Implantatvorrichtung, die mit der Oberflächenmodifikation des diamantartigen Kohlenstofffilms behandelt wurde, hat eine klinische Anwendung erreicht und hat breite Anwendungsaussichten bei der Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit von künstlichen Verbindungsmetallkomponenten.

  Titannitrid (TiN)

  TiN hat eine gute Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es wurde erstmals in Schneidwerkzeugen eingesetzt, um die Lebensdauer zu verlängern. Später wurde entdeckt, dass Titannitrid biokompatibel ist und in medizinischen Implantaten wie Orthopädie und Zahnersatz eingesetzt wird. Gegenwärtig sind die Hauptverfahren zur Herstellung von Titannitrid die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und das thermische Spritzen.