Электролитно-плазменное полирование кобальт-хромовых сплавов медицинского назначения

При изготовлении имплантатов, подверженных повышенным циклическим нагрузкам, в последнее время широко используются кобальт-хромовые сплавы, обладающие высокой твердостью и износостойкостью. Шероховатость рабочих поверхностей является одной из важнейших характеристик таких изделий. Традиционные процессы финишной отделки поверхности имплантатов из кобальт-хромовых сплавов основаны на механических и электрохимических методах. Недостатками механических методов являются малая производительность, подверженность внедрению инородных частиц, затруднения при обработке сложных геометрических форм. Для электрохимических технологий рассматриваемые материалы труднообрабатываемые, в процессах их полирования используются вредные электролиты, состоящие из растворов кислот. В качестве альтернативы существующим методам предложено использование экологически безопасного метода электролитно-плазменного полирования, основным преимуществом которого является применение в качестве электролитов водных растворов солей концентрацией 3–5 %. По результатам отработки технологического процесса установлено, что на большинстве режимов электролитно-плазменного полирования кобальт-хромовых сплавов медицинского назначения на поверхности происходит формирование рельефа в виде сетки выступов, происхождение которых можно объяснить неоднородностью структуры материала, возникающей на стадии получения заготовки литьем. Причем высота образующихся рельефных выступов оказывает непосредственное влияние на величину шероховатости поверхности. В результате исследований определены режимы процесса электролитно-плазменного полирования, обеспечивающие формирование гладкой поверхности без присутствия рельефных выступов, сглаживание микрорельефа с удалением царапин, образуемых в результате предварительного шлифования, с достижением низкого значения шероховатости (Ra 0,057 мкм) и высокого коэффициента отражения (0,7), что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к поверхности имплантатов.

1. Cobalt-chromium alloys in fxed prosthodontics in Sweden / M. Kassapidou [et al.] // Acta Biomaterialia Odontologica Scandinavica. - 2017. - Vol. 3, iss. 1. - P. 53-62. https://doi.org/10.1080/23337931.2017.1360776

2. Высокие технологии на службе отечественной медицины / В. Минченя [и др.] // Наука и инновации. - 2018. - №5 (183). - С. 21-23.

3. Surface properties and corrosion behavior of Co-Cr alloy fabricated with selective laser melting technique / Xianzhen Xin [et al.] // Cell Biochem. Biophys. - 2013. - Vol. 67. - P. 983-990. https://doi.org/10.1007/s12013-013-9593-9

4. The effect of microstructure on the wear of cobalt-based alloys used in metal-on-metal hip implants / R. Varano [et al.] // Proc. IME H.J. Eng. Med. - 2006. - Vol. 220, iss. 2. - P. 145-159. https://doi.org/10.1243/09544119jeim110

5. Alvarez, E. Surface Damage in Retrieved Total Knee Replacement Femoral Components / E. Alvarez. - Clemson: Clemson Univ., 2012. - 222 p.

6. Жулев, Е. Н. Несъемные протезы. Теория, клиника и лабораторная техника / Е. Н. Жулев. - М.: Мед. информ. агентство, 2010. - 488 c.

7. Surface fnish machining of medical parts using plasma electrolytic polishing / H. Zeidler [et al.] // Procedia CIRP. - 2016. - Vol. 49. - P. 83-87. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.07.038

8. Особенности электролитно-плазменного нагрева при электрохимико-термической обработке стали / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. - 2013. - № 6. - С. 20-24.

9. Aliakseyeu, Yu. Electrolyte-Plasma Treatment of Metal Materials Surfaces / Yu. Aliakseyeu, A. Korolyov, A. Bezyazychnaya // CO-MAT-TECH 2006: Proceeding of the Abstracts of 14th International Scientifc Conference, Slovak University of Technology, 19-20 October 2006. - Trnava, 2006. - P. 6.

10. Влияние электролитно-плазменной обработки на структуру и свойства поверхностного слоя стали 12Х18Н10Т / И. В. Фомихина [и др.] // Весцi Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фiз.-тэхн. навук. - 2008. - № 3. - С. 24-29.

11. Модель размерного съема материала при электролитно-плазменной обработке цилиндрических поверхностей / Ю.Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. - 2012. - №3. - С. 3-6.

12. Электролитно-плазменная обработка при нестационарных режимах в условиях высокоградиентного электрического поля / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника - 2017. - № 5. - С. 391-399. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391-399

13. Электролитно-плазменное полирование титановых и ниобиевых сплавов / Ю.Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. - 2018. - №3. - C. 211-219. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-3-211-219