Page 14 - Реферат_Ткачук

12

У четвертому розділі обґрунтовано параметри поверхневого
модифікування титанового компоненту медичної трибопари «технічно чистий
титан ВТ1-0 – UHMWPE» для підвищення її функціональних характеристик.
Вибір технічно чистого титану ВТ1-0 як титанового компоненту означеної
трибопари в противагу широко застосованому титановому сплаву ВТ6 системи
легування Ti–Al–V обумовлений його вищою біосумісністю та нижчою
вартістю, а також відсутністю токсичного впливу легувальних елементів,
акумулювання яких зі збільшенням часу перебування імпланту в живому
організмі призводить до серйозних захворювань та ускладнень. Окрім цього,
зміцнення технічно чистого титану ВТ1-0 під час хіміко-термічної обробки
дозволяє за механічними характеристиками наблизити його до рівня сплаву ВТ6.
Трибологічні властивості сполук титану з азотом виявляють складну
залежність від кристалографічної структури та типу хімічного зв’язку. Відомо,
що кращими трибологічними властивостями поверхні володіють структури з
вмістом азоту від 5 до 15 ат.%. Такий вміст азоту притаманний нітриду структури
ε-Тi2N, тобто титан потрібно азотувати на структурно-фазовий стан ІІ, який
досягається низькими температурами (650…750°C) та тривалими витримками
( 10 год). Для отримання шорсткості поверхні (Ra=0,05 мкм), необхідної для
сферичних компонентів ендопротезів згідно ISO 7206-2-2005, в процесі
модифікування створювали умови для формування додаткового шару кубічного
нітриду титану TiNx, при поліруванні якого в умовах зменшення параметрів
шорсткості досягали регламенту якості поверхні та забезпечували умови для
досягнення рівня зносостійкості (нітридний шар на базі Ti2N). Необхідні умови
забезпечували етапним температурним режимом насичення, кожен етап якого
відповідав за формування відповідного компонента нітридного шару: Ti2N чи
TiNx. Новизна технічного рішення підтверджена патентом України на корисну
модель № 159948 від 24.07.2025 р.
Відтак, етапний спосіб азотування технічно чистого титану ВТ1-0
забезпечує формування нітридного шару на базі Ti2N з тонкою (≤1 мкм) плівкою
мононітриду титану TiNx на поверхні (рис. 5 а). Дифузійний підшар  50 мкм,

п
поверхнева мікротвердісь Н 0,49  9 ГПа, а шорсткість поверхні Ra ≤ 0,37 мкм
(рис. 5 б), яка після наступного полірування відповідає регламенту якості
поверхні для медичних імплантів (Ra < 0,05 мкм) (рис. 5 в).
а

Рис. 5. ТЕМ-зображення поперечного перерізу азотованого технічно чистого титану
ВТ1-0 (а) та вигляд титанової кулі після азотування (б) та додаткового полірування (в).

Встановлено, що застосування для поверхневого зміцнення етапного
режиму азотування з наступним поліруванням азотованої поверхні титану
ВТ1-0 дозволяє на один порядок зменшити інтенсивність зношування UHMWPE
компонента і у 6 разів коефіцієнт тертя.