В качестве предварительного процесса обработки экспериментально опробован способ ионно-лучевого модифицирования поверхности биоинертного титанового сплава ВТ16 путем воздействия пучка ионов гелия с имплантацией высокоэнергетичных ионов Не+ в титановую основу. Способ позволяет сформировать исходную пористую структуру и развитый микрорельеф поверхности для последующего получения гетерогенного биосовместимого оксидного покрытия. Установлен диапазон доз Ф ионов гелия, составляющий 6·1017-6∙1018 ион/см2, и энергии активации Е в пределах 100-200 кэВ, обеспечивающие возникновение на поверхности эффекта блистеринга с образованием регулярной пористой структуры титановых образцов. Создано пилотное нагревательное оборудование и разработан способ паротермического оксидирования медицинского сплава ВТ16 с исходной блистеринговой поверхностью. Методом профилометрии определены нормируемые параметры шероховатости поверхности оксидных покрытий и установлено, что формирование покрытий обусловлено трехстадийным процессом роста толщины термических оксидов с различным характером окисления микровыступов и микровпадин исходной поверхности. Выявлено, что для создания высокой биоинтеграционной способности титановых образцов неоднородный микрорельеф получается в процессе формирования оксидного покрытия при температуре в печи 550 0С и продолжительности τ=3 ч. Методом растровой электронной микроскопии показано существенное влияние температуры и продолжительности паротермической обработки на изменение морфологии покрытий, характер и размерные параметры структуры. Исследован способ ионно-лучевого внедрения ионов серебра в полученные оксидные покрытия и установлены дозы ионов Ag+, необходимые для создания антимикробных эффектов. Показана целесообразность применения паротермических оксидных покрытий для внутрикостных элементов титановых эндопротезов локтевых, коленных и тазобедренных суставов.

We have studied the influence of argon-ion implantation at accelerating voltages within 40–130 kV in a dose range of (1–4) × 10^16 ion/cm^2 on the morphology, microhardness, and fatigue strength of titanium. A method of titanium surface strengthening and modification by Ar^+-ion implantation is proposed, which opens new possible applications of this material in electrical devices for power engineering, chemical industry, and metallurgical equipment.

Разработан комбинированный способ газотермического оксидирования и порошкового модифицирования поверхности металлов и сплавов медицинского назначения. Получены термооксидные покрытия на поверхности образцов из стали 12Х18Н9Т, циркония Э110, титана ВТ1-0 и установлены рациональные режимы процесса оксидирования при подаче в зону обработки ультрамелкодисперсного порошка оксида титана с кристаллической решеткой анатаза. Установлено, что возрастание продолжительности оксидирования приводит к увеличению параметров шероховатости с достижением их максимальных значений для поверхности стальных образцов Ra=1,7-3,3 мкм, Rz =4,3-7,5 мкм, Rmax =7,1-9,8 мкм, Sm =12,4-19,7 мкм; для поверхности циркониевых образцов Ra=2,8-4,5 мкм, Rz=5,7-8,6 мкм, Rmax=7,8-10,9 мкм, Sm=9,6-13,8 мкм; для поверхности титановых образцов Ra=3-4,8 мкм, Rz=5,5-9,2 мкм, Rmax=7,9-11,5 мкм, Sm=9,8-14,1 мкм. Возрастание степени шероховатости оксидированной поверхности в зависимости от повышения температуры и продолжительности обработки связано с ростом толщины создаваемых покрытий и образованием их более развитого и выраженного микрорельефа. При исследовании суммарной открытой пористости микрошероховатых оксидных структур установлено, что с ростом температуры и продолжительности оксидирования ее значения увеличиваются с 20% до 46% для стальных образцов, с 28% до 57% для циркониевых образцов, с 32% до 60% для титановых образцов. Рациональными режимами газотермического оксидирования стали 12Х18Н9Т являются t=450 °С и τ=1,5 ч, циркония Э110 – t=350 °С и τ=1,0 ч, титана ВТ1-0 – t=400 °С и τ=1,5 ч, позволяющие создавать морфологически гетерогенные оксидные структуры, обладающие способностью обеспечивать интеграцию с костной тканью. Разработана однокамерная электропечь сопротивления, оснащенная системами одновременной подачи кислорода и порошка биоинертного диоксида титана для создания структурно-неоднородных мелкодисперсных оксидных покрытий медицинского назначения.