PL247456B1 - Method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and the oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+αTi(N) produced by this method - Google Patents
Method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and the oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+αTi(N) produced by this method Download PDFInfo
- Publication number
- PL247456B1 PL247456B1 PL441461A PL44146122A PL247456B1 PL 247456 B1 PL247456 B1 PL 247456B1 PL 441461 A PL441461 A PL 441461A PL 44146122 A PL44146122 A PL 44146122A PL 247456 B1 PL247456 B1 PL 247456B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- ti2n
- oxide coating
- tio2
- αti
- nitrided titanium
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/02—Inorganic materials
- A61L27/04—Metals or alloys
- A61L27/06—Titanium or titanium alloys
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Abstract
Zgłoszenie dotyczy sposobu modyfikacji powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 powłoką tlenkową domieszkowaną fosforanami wapnia przy wykorzystaniu metody plazmowego utleniania elektrochemicznego oraz powłoki tlenkowej na powierzchni azotowanego tytanu Grade 2 TiO<sub>2</sub>(Ca,P)+Ti<sub>2</sub>N+αTi(N) wytworzonej tym sposobem.The application concerns a method of modifying the surface of nitrided titanium Grade 2 with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and an oxide coating on the surface of nitrided titanium Grade 2 TiO<sub>2</sub>(Ca,P)+Ti<sub>2</sub>N+αTi(N) produced by this method.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji powierzchni azotowanego tytanu TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) (Grade 2) powłoką tlenkową domieszkowaną fosforanami wapnia przy wykorzystaniu metody plazmowego utleniania elektrochemicznego oraz powłoka tlenkowa na powierzchni azotowanego tytanu TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) wytworzona tym sposobem.The subject of the invention is a method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) (Grade 2) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and an oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) produced by this method.
Stosowane w medycynie dla implantów wykonanych z tytanu i jego stopów obróbki powierzchniowe, prowadzą do uzyskania na ich powierzchni warstw biozgodnych, o dobrych właściwościach mechanicznych i korozyjnych.Surface treatments used in medicine for implants made of titanium and its alloys lead to the formation of biocompatible layers on their surfaces, with good mechanical and corrosion properties.
W stanie techniki znane są rozwiązania obejmujące proces azotowania i tlenoazotowania tytanu i/lub stopu tytanu (PL222163B1) lub też utlenianie plazmowe tytanu (PL214958B1), co prowadzi do wytworzenia biozgodnych warstw o dobrych właściwościach korozyjnych.In the prior art, solutions are known that include the process of nitriding and oxynitriding of titanium and/or a titanium alloy (PL222163B1) or plasma oxidation of titanium (PL214958B1), which leads to the formation of biocompatible layers with good corrosion properties.
Z opisu patentowego PL222163B1 znany jest sposób wytwarzania implantu kostnego z tytanu i/lub stopu tytanu z powierzchniowymi dyfuzyjnymi warstwami tlenoazotowanymi TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N), w którym dyfuzyjną warstwę azotowaną TiN+Ti2N+aTi(N) i warstwę tlenkową wytwarza się w warunkach wyładowania jarzeniowego w jednym cyklu technologicznym w niskotemperaturowej plazmie w zakresie temperatur 500 + 800°C w atmosferze czystego azotu lub mieszaniny azotu z argonem i/lub wodorem i/lub powietrzem i/lub tlenem, przy ciśnieniu w komorze roboczej urządzenia do obróbki jarzeniowej w zakresie 1-5 mbar.Patent description PL222163B1 describes a method for manufacturing a bone implant made of titanium and/or a titanium alloy with surface diffusion nitrided layers TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N), in which the diffusion nitrided layer TiN+Ti2N+aTi(N) and the oxide layer are manufactured under glow discharge conditions in one technological cycle in a low-temperature plasma in the temperature range of 500 + 800°C in an atmosphere of pure nitrogen or a mixture of nitrogen with argon and/or hydrogen and/or air and/or oxygen, at a pressure in the working chamber of the glow discharge treatment device in the range of 1-5 mbar.
Z opisu patentowego PL214958B1 znany jest sposób modyfikacji wierzchniej tytanu i jego stopów (np. Ti-6AI-4V, Ti-6AI-7Nb, Ti-15Mo) fosforanem lub wapniem i fosforem metodą elektrochemicznego utleniania plazmowego, charakteryzujący się tym, że modyfikowany element, wstępnie oszlifowany lub wypolerowany elektrolitycznie, zanurza się w wodnym roztworze kwasu fosforowego i/lub podfosforynu o temperaturze 15-50°C, a następnie poddaje utlenianiu anodowemu przy anodowej gęstości prądu 5-5000 mA/dm2 i napięciu 100-650 V, w czasie od 1 do 60 minut. Korzystnie w sposobie według wynalazku wykorzystano podfosforyn wapnia Ca(H2PO2)2 o stężeniu od 1-150 g/dm3.Patent description PL214958B1 describes a method of surface modification of titanium and its alloys (e.g. Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-15Mo) with phosphate or calcium and phosphorus by means of electrochemical plasma oxidation, characterized in that the modified element, pre-ground or electrolytically polished, is immersed in an aqueous solution of phosphoric acid and/or hypophosphite at a temperature of 15-50°C and then subjected to anodic oxidation at an anodic current density of 5-5000 mA/ dm2 and a voltage of 100-650 V, for a time of 1 to 60 minutes. Preferably, the method according to the invention uses calcium hypophosphite Ca(H2PO2)2 at a concentration of 1-150 g/ dm3 .
Rozwiązania znane w stanie techniki nadal nie rozwiązują wszystkich problemów związanych z wytworzeniem na tytanie i/lub stopach warstw powierzchniowych o wysokiej zawartości wapnia i fosforu oraz o dobrych właściwościach korozyjnych.The solutions known in the prior art still do not solve all the problems related to the production of surface layers on titanium and/or alloys with a high calcium and phosphorus content and good corrosion properties.
Celem wynalazku jest wytworzenie nowej generacji biomateriałów tytanowych poprzez zastosowanie technologii utleniania azotowanego jarzeniowo tytanu (Grade 2) plazmową metodą elektrochemiczną.The aim of the invention is to produce a new generation of titanium biomaterials by using the technology of oxidation of glow-discharge nitrided titanium (Grade 2) by a plasma electrochemical method.
Nieoczekiwanie wykazano, że obróbka utleniania azotowanego tytanu zapewnia wytworzenie warstwy hybrydowej łączącej zalety obu typów warstw: azotowanej i utlenianej, co zapewni lepszą biozgodność wytworzonego implantu w połączeniu z kością.Surprisingly, it has been shown that the oxidation treatment of nitrided titanium provides a hybrid layer combining the advantages of both types of layers: nitrided and oxidized, which will ensure better biocompatibility of the manufactured implant in connection with the bone.
Wytworzenie warstwy azotowanej na stopie tytanu uniemożliwia proces metalozy czyli nieprzechodzenia składników stopu do otaczających tkanek ludzkich (PL2005995B1).The formation of a nitrided layer on a titanium alloy prevents the metallosis process, i.e. the transfer of alloy components into the surrounding human tissues (PL2005995B1).
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji powierzchni azotowanego tytanu TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) powłoką tlenkową domieszkowaną fosforanami wapnia przy zastosowaniu metody plazmowego utleniania elektrochemicznego, charakteryzujący się tym, ze azotowany tytan TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) bez wcześniejszej obróbki zanurza się w kąpieli zawierającej kwas fosforowy (V) i diwodorofosforan (V) wapnia, a następnie poddaje się utlenianiu anodowemu przy napięciu w zakresie 9,5-200 V i w czasie od 60 do 120 minut, przy czym wytworzona warstwa TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) jest o grubości od 5 do 15 μm.The subject of the invention is a method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method, characterized in that the nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) without prior treatment is immersed in a bath containing phosphoric acid (V) and calcium dihydrogen phosphate (V), and then subjected to anodic oxidation at a voltage in the range of 9.5-200 V and for a time of 60 to 120 minutes, wherein the produced TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) layer has a thickness of 5 to 15 μm.
Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się kwas fosforowy (V) o stężeniu od 1 do 100 g/dm3.Preferably, in the method according to the invention, phosphoric acid (V) is used at a concentration of 1 to 100 g/ dm3 .
Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się diwodorofosforan (V) wapnia o stężeniu 168 g/dm3.Preferably, in the method according to the invention, calcium dihydrogen phosphate (V) is used at a concentration of 168 g/ dm3 .
Korzystnym jest także, jeżeli proces utlenienia prowadzi się przy potencjale w zakresie 52-200 V.It is also advantageous if the oxidation process is carried out at a potential in the range of 52-200 V.
Przedmiotem wynalazku jest również warstwa powierzchniowa tytanu TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) wytworzona sposobem według wynalazku.The subject of the invention is also a titanium surface layer TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) produced by the method according to the invention.
Wynalazek umożliwia wprowadzenie do powierzchni warstwy stopu związki fosforu i wapnia, mające na celu zwiększenie bioaktywności materiału, tj. zdolności materiału implantu do wspomagania biologicznego procesu łączenia go z kością poprzez wytworzenie cienkiej warstwy hydroksyapatytu w strefie wierzchniej warstwy tlenkowej. Szczególnie wykorzystano fakt, że wytworzone warstwyThe invention enables the introduction of phosphorus and calcium compounds into the surface of the alloy layer, aimed at increasing the bioactivity of the material, i.e. the ability of the implant material to support the biological process of its connection with the bone by creating a thin layer of hydroxyapatite in the zone of the top oxide layer. Particularly, the fact that the created layers
TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) charakteryzują się większą bioaktywnością w porównaniu do warstw TiO2 niewzbogaconych o związki fosforu i wapnia oraz dobrymi właściwościami korozyjnymi niż czysty technicznie tytan Grade 2. W stanie techniki brak jest informacji dotyczących technologii utlenienia plazmowego azotowanego jarzeniowo tytanu lub jego stopów. W porównaniu do znanych rozwiązań (PL214 958B1) w wynalazku zastosowano podłoże z azotowanego jarzeniowo tytanu Grade 2, a także inne czasy utlenienia plazmowego oraz inne składy elektrolitów. W skład kąpieli do utleniania wchodzą: kwas fosforowy (V) o stężeniu 1-100 g/dm3 oraz diwodorofosforan (V) wapnia (Ca(H2PO4)2) w ilości 168 g/dm3.TiO2(Ca,P)+Ti2N+aTi(N) are characterized by greater bioactivity compared to TiO2 layers not enriched with phosphorus and calcium compounds, and good corrosion properties than technically pure titanium Grade 2. The prior art lacks information regarding the technology of plasma oxidation of glow-discharge nitrided titanium or its alloys. Compared to known solutions (PL214 958B1), the invention uses a substrate made of glow-discharge nitrided titanium Grade 2, as well as different plasma oxidation times and different electrolyte compositions. The oxidation bath includes: phosphoric acid (V) at a concentration of 1-100 g/ dm3 and calcium dihydrogen phosphate (V) (Ca(H2PO4)2) at 168 g/ dm3 .
Wynalazek przedstawiono bliżej w przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.The invention is presented in more detail in the following embodiment examples, which do not limit its scope.
Przykład 1Example 1
W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej azotowanego tytanu Grade 2 stosuje się kąpiel zawierającą kwas fosforowy (V) o stężeniu 1-1,5 g/dm3 i diwodorofosforan (V) wapnia (Ca(H2PO4)2) w ilości 168 g/dm3. Proces prowadzi się w temperaturze 20-30°C, stosując napięcie 100 V. Czas trwania procesu wynosi 120 minut.In the process of modifying the surface layer of nitrided titanium Grade 2, a bath containing phosphoric acid (V) at a concentration of 1-1.5 g/dm 3 and calcium dihydrogen phosphate (V) (Ca(H2PO4)2) in the amount of 168 g/dm 3 is used. The process is carried out at a temperature of 20-30°C, applying a voltage of 100 V. The process duration is 120 minutes.
Przykład 2Example 2
W procesie modyfikacji warstwy wierzchniej azotowanego tytanu Grade 2 stosuje się kąpiel zawierająca kwas fosforowy (V) o stężeniu 10 g/dm3 i diwodorofosforan (V) wapnia (Ca(H2PO4)2) w ilości 168 g/dm3. Proces prowadzi się w temperaturze 20-30°C, stosując napięcie 150 V. Czas trwania procesu wynosi 60 minut.In the process of modifying the surface layer of nitrided titanium Grade 2, a bath containing phosphoric acid (V) at a concentration of 10 g/dm 3 and calcium dihydrogen phosphate (V) (Ca(H2PO4)2) in the amount of 168 g/dm 3 is used. The process is carried out at a temperature of 20-30°C, applying a voltage of 150 V. The process duration is 60 minutes.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL441461A PL247456B1 (en) | 2022-06-13 | 2022-06-13 | Method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and the oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+αTi(N) produced by this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL441461A PL247456B1 (en) | 2022-06-13 | 2022-06-13 | Method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and the oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+αTi(N) produced by this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL441461A1 PL441461A1 (en) | 2023-12-18 |
| PL247456B1 true PL247456B1 (en) | 2025-07-07 |
Family
ID=89452841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL441461A PL247456B1 (en) | 2022-06-13 | 2022-06-13 | Method of modifying the surface of nitrided titanium TiO2+TiN+Ti2N+αTi(N) with an oxide coating doped with calcium phosphates using the plasma electrochemical oxidation method and the oxide coating on the surface of nitrided titanium TiO2(Ca,P)+Ti2N+αTi(N) produced by this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL247456B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL214958B1 (en) * | 2010-03-22 | 2013-10-31 | Politechnika Slaska Im Wincent | Method for modification of the surface layer of titanium and its alloys with calcium and phosphorus by electrochemical plasma oxidation |
| PL222163B1 (en) * | 2013-07-05 | 2016-07-29 | Politechnika Warszawska | A method of making a bone implant from titanium and / or a titanium alloy and a hip implant |
| PL239585B1 (en) * | 2019-06-25 | 2021-12-20 | Politechnika Slaska Im Wincent | Method of obtaining porous antibacterial coatings on the surface of titanium and its alloys |
-
2022
- 2022-06-13 PL PL441461A patent/PL247456B1/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL214958B1 (en) * | 2010-03-22 | 2013-10-31 | Politechnika Slaska Im Wincent | Method for modification of the surface layer of titanium and its alloys with calcium and phosphorus by electrochemical plasma oxidation |
| PL222163B1 (en) * | 2013-07-05 | 2016-07-29 | Politechnika Warszawska | A method of making a bone implant from titanium and / or a titanium alloy and a hip implant |
| PL239585B1 (en) * | 2019-06-25 | 2021-12-20 | Politechnika Slaska Im Wincent | Method of obtaining porous antibacterial coatings on the surface of titanium and its alloys |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL441461A1 (en) | 2023-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Da Silva et al. | Transformation of monetite to hydroxyapatite in bioactive coatings on titanium | |
| Songur et al. | The plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings to enhance in-vitro corrosion resistance of Ti–29Nb–13Ta–4.6 Zr alloys: The combined effect of duty cycle and the deposition frequency | |
| Ishizawa et al. | Formation and characterization of anodic titanium oxide films containing Ca and P | |
| Zhu et al. | Anodic oxide films containing Ca and P of titanium biomaterial | |
| Frauchiger et al. | Anodic plasma-chemical treatment of CP titanium surfaces for biomedical applications | |
| Kung et al. | Bioactivity and corrosion properties of novel coatings containing strontium by micro-arc oxidation | |
| US8057657B2 (en) | Treatment of an osteointegrative interface | |
| Zhai et al. | Fluoride coatings on magnesium alloy implants | |
| KR20080108687A (en) | Electrolyte solution, preparation method of implant material using the same, and implant material having excellent antimicrobial and biocompatibility | |
| Jeong et al. | Morphology of hydroxyapatite nanoparticles in coatings on nanotube-formed Ti–Nb–Zr alloys for dental implants | |
| KR20110082658A (en) | Surface treatment method of titanium implant and implant manufactured by the method | |
| Zhu et al. | Characterization of hydrothermally treated anodic oxides containing Ca and P on titanium | |
| Radwan-Pragłowska et al. | Biodegradable Mg-based implants obtained via anodic oxidation applicable in dentistry: preparation and characterization | |
| Gnedenkov et al. | Formation and properties of bioactive surface layers on titanium | |
| EP1515759B1 (en) | An osteointegrative interface for implantable prostheses and method for its manufacture | |
| Asad et al. | Development of ceramic layer on magnesium and its alloys for bone implant applications using plasma electrolytic oxidation (PEO) | |
| KR101311979B1 (en) | Method for preparing bio materials using coating of hydroxyapatite/zirconia composites and bio materials prepared therefrom | |
| RU2394601C2 (en) | Method of modifying surface of implants from titanium and its alloys | |
| Singh | Surface treatment of dental implants: A review | |
| KR20120101748A (en) | An implant treatment solution and a method using thereof and an implant manufactured thereby | |
| Proskurnyak et al. | Characterization of hydroxyapatite coatings deposited on gas nitrided Ti-6Al-4V alloy | |
| KR101835694B1 (en) | An electrolyte composition containing strontium and silicon in a plasma electrolytic oxidation process and a method for manufacturing dental implants coated by hydroxyapatite containing strontium and silicon ions using the composition | |
| KR101081687B1 (en) | Method of fabricating bio-materials | |
| PL214630B1 (en) | Method for modification of the surface layer of Ti-xNb-yZr alloys with calcium and phosphorus by electrochemical plasma oxidation | |
| Fathi et al. | Novel hydroxyapatite/niobium surface coating for endodontic dental implant |