Влияние различных режимов магнетронного распыления на структуру и химический состав поверхностей имплантируемых титановых сплавов
Цель исследования — изучение влияния различных режимов магнетронного распыления на структуру и химический состав поверхностей титана и его сплавов, применяющихся для внутрикостной имплантации.
Материалы и методы. Использована установка магнетронного распыления NSC-3500 (NANO-MASTER Inc., США), которая позволяет получать покрытия практически из любых металлов, сплавов и полупроводниковых материалов без нарушения стехиометрического состава. В качестве рабочего газа применяли высокочистый аргон (99,99%). Источником материала покрытия являлась мишень, представляющая собой конструкцию из особо чистого титана (99,99%). В качестве подложек для выращивания титановых покрытий использовали полированные шайбы из титана марки ВТ1-0 и ВТ6 (по стандарту ASTM — Grade IV и V).
Выращивание титановых покрытий выполняли при температуре титановых шайб 150°C и при мощности магнетронного напыления 200–300 Вт. После получения титановых покрытий образцы подвергали вакуумной термообработке при температуре 450°C в течение 2 ч.
Исследования морфологии поверхности покрытия титана проводили с использованием атомно-силовой микроскопии на установке «СОЛВЕР НЕКСТ» (НT-MТД, Россия).
Результаты и обсуждение. Исследовано влияние различных технологических режимов напыления на морфологию и шероховатость поверхности полученных титановых покрытий. Обнаружено, что увеличение мощности распыления (от 200 до 300 Вт) приводит к значительному изменению структуры, что сопровождается изменением размера зерен и, как результат, шероховатости поверхности.
Магнетронная обработка изделия из чистого титана химически чистым титаном позволяет создать наноструктурированную поверхность, связанную с подложкой на атомарном уровне. Морфология этой поверхности на наноуровне изменяется в зависимости от мощности излучения. Последующая термическая обработка (до 450°C) не приводит к существенным изменениям ни морфологии, ни профиля неоднородности и гранулярности поверхности образца. При магнетронной обработке поверхности алюминиево-ванадиевого сплава титана ВТ6 химически чистым титаном элементный состав модифицированной поверхности соответствовал составу титана ВТ1-0 (отмечаются незначительные примеси и алюминия полное отсутствие ванадия).
Заключение. Метод магнетронного распыления чистого титана на имплантаты из титана и его сплавов позволяет получать наноструктурированные поверхности высокого качества с необычными физическими характеристиками (толщина, пористость, адгезия и пр.).
- Surmeneva M.A., Surmenev R.A., Chaikina M.V., Kachaev A.A., Pichugin V.F., Epple M. Phase and elemental composition of silicon-containing hydroxyapatite-based coatings fabricated by RF-magnetron sputtering for medical implants. Inorg Mater Appl Res 2013; 4(3): 227–235, https://doi.org/10.1134/s2075113313030131.
- Sirin H.T., Vargel I., Kutsal T., Korkusuz P., Piskin E. Ti implants with nanostructured and HA-coated surfaces for improved osseointegration. Artif Cells Nanomed Biotechnol 2015; 44(3): 1023–1030, https://doi.org/10.3109/21691401.2015.1008512.
- Долгалев А.А., Иванов С.Ю., Гандылян К.С., Зеленский В.А., Мураев А.А. Дентальная имплантология: хирургические этапы дентальной имплантации. Ставрополь: Изд-во СтГМУ; 2018.
- Song Y.-H., Cho S.-J., Jung C.-K., Bae I.-S., Boo J.-H., Kim S. The structural and mechanical properties of Ti films fabricated by using RF magnetron sputtering. J Korean Phys Soc 2007; 51(3): 1152, https://doi.org/10.3938/jkps.51.1152.
- Arshi N., Lu J., Lee C.G., Yoon J.H., Koo B.H., Ahmed F. Thickness effect on properties of titanium film deposited by d.c. magnetron sputtering and electron beam evaporation techniques. Bull Mater Sci 2013; 36(5): 807–812, https://doi.org/10.1007/s12034-013-0552-2.
- Chawla V., Jayaganthan R., Chawla A.K., Chandra R. Microstructural characterizations of magnetron sputtered Ti films on glass substrate. J Mater Process Technol 2009; 209(7): 3444–3451, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.08.004.
- Твердохлебов С.И., Шестериков Е.В., Мальчихина А.И. Особенности формирования кальций-фосфатных покрытий методом ВЧ магнетронного напыления на имплантатах. Известия Томского политехнического университета 2012; 320(2): 73–79.
- Deogade S.C., Dube G., Sumathi K., Dube P., Katare U., Katare D., Damade S. Current status of nanotechnology methods applied for dental implants. International Journal of Pharmaceutical Science Invention 2015; 4(7): 32–43.
