The object of research, development or design (in Russian) : Функционально-градиентные покрытия на основе Ti/ГА и титановый сплава Ti6Al4V

The object of research, development or design (in Kazakh) : Ti/ГА негізіндегі функционалды градиент жабындары және Ti6Al4V титан қорытпасы

Aim of work (in Russian) : Разработка научно-технологических основ получения функционально-градиентных покрытий на основе Ti/ГА методом детонационного напыления на поверхности сплава Ti6Al4V и проведение комплексного анализа их механико-трибологических и медико-биологических свойств.

Aim of work (in Kazakh) : Ti6Al4V қорытпасының бетіне детонациялық бүрку әдісімен Ti/ГА негізінде функционалдық-градиенттік жабындарды алудың ғылыми-технологиялық негіздерін әзірлеу және олардың механикалық-трибологиялық және медициналық-биологиялық қасиеттеріне кешенді талдау жүргізу

Методы исследования (на русском) : Композитные порошки Ti/ГА были получены путем механического смешивания порошка ГA с порошком Ti в течение 0,5 ч на планетарной шаровой мельнице PULVERISETTE 6. Фазовый состав покрытий изучали с использованием метода рентгеноструктурного анализ на рентгеновском дифрактометре Х’PertPRO (Philips Corporation, Амстердам, Нидерланды) с Cu-Kα-излучением (λ = 1,5405 Å), напряжение 40 кВ и ток 30 мА. Расшифровку дифрактограмм осуществляли с помощью программы HighScore, измерения проводились в диапазоне 2θ, равном 20°-90°, с шагом 0,02 и временем счета 0,5 с/шаг. Анализ структуры покрытия проводился методом сканирующей электронной микроскопии (SEM) с использованием микроскопа «MIRA 3 TESCAN». Исследованы механико-трибологические свойства градиентных Ti/ГА покрытий. Методом наноиндентирования на поперечном шлифе образца будет определена твердость и модуль упругости градиентных покрытий с помощью нанотвердомера «Наноскан 4D-Компакт». Твердость покрытий также будет оценена методами Виккерса и Мартенса с помощью микротвердомера МЕТОЛАБ 502 и твердомера FISCHERSCOPE HM2000S по стандартам DIN EN ISO 14577-1 и ASTM E 2546. Трибологическое свойство (коэффициент трения и интенсивность изнашивания) градиентных Ti/ГА покрытий будет исследовано на трибометре TRB3 по схеме «палец-диск» в соответствии стандарта ASTMG133-05. Адгезионная прочность Ti/ГА покрытий определена методом отрыва по ГОСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002).

Методы исследования (на казахском) : Ti/ГА композиттік ұнтақтары PULVERISETTE 6 планеталық шар диірменінде 0,5 сағат ішінде ГА ұнтағын Ti ұнтағымен механикалық араластыру арқылы алынды. Жабындардың фазалық құрамы рентгенқұрылымдық әдісті қолдана отырып, Х’PertPRO (Philips Corporation, Амстердам, Нидерланды) рентгендік дифрактометрінде Cu-Kα-сәулеленуімен (λ = 1,5405 Å), 40 кВ кернеу мен 30 мА токта зерттелді. Дифрактограммаларды ажырату HighScore бағдарламасы арқылы жүзеге асырылды, өлшеулер 20°-90° тең 2θ диапазонында, 0,02 қадаммен және санау уақыты 0,5 с/қадаммен жүргізілді. Жабын құрылымын талдау «MIRA 3 TESCAN» микроскопын пайдаланып сканерлеуші электронды микроскопия (SEM) әдісімен жүргізілді. Градиентті Ti/ГА жабындардың механикалық-трибологиялық қасиеттері зерттелді. Үлгінің көлденең қимасында наноиндентирлеу әдісімен Наноскан 4D-Компакт» наноқаттылық өлшегішінің көмегімен градиентті жабындардың қаттылығы мен серпімділік модулі анықталады. Сондай-ақ, жабынның қаттылығы МЕТОЛАБ 502 микроқаттылық өлшегішінде және FISCHERSCOPE HM2000S қаттылық өлшегішінде DIN EN ISO 14577-1 және ASTM E 2546 стандарттары бойынша Викерс пен Мартенс әдістерімен бағаланады. Ti/ГА градиентті жабындардың трибологиялық қасиеті (үйкеліс коэффициенті және тозу қарқындылығы) TRB3 трибометрінде ASTMG133-05стандартына сәйкес штифт-диск схемасы бойынша зерттеледі. Ti/ГА жабындардың адгезиялық беріктігі МЕМСТ 32299-2013 (ISO 4624:2002) бойынша жұлып алу әдісімен анықталды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Результаты энергодисперсионной спектроскопии показали, что покрытия имели непрерывный градиентный элементный состав по поперечному сечению покрытий без границы раздела элементных слоев покрытий. Количество Ti постепенно уменьшалось, а количество ГА постепенно увеличивалось по направлению от подложки к поверхности покрытий. Результаты исследования элементного состава, показали, что атомное соотношение кальция и фосфора в полученных покрытиях составляет Ca/P ~ 1,64 что близко к значению исходного порошка - Ca/P ~ 1,67, это указывает на ограниченное изменение химического состава во время формирования покрытия. Можно сделать вывод, что покрытие функционально-градиентной структурой, полученное методом детонационного напыления, обладает огромной перспективой использования в качестве материалов для биоимплантации и нуждается в дальнейшем исследовании, чтобы выявить ее скрытые возможности. Научная новизна проекта заключается в том, что авторы проекта впервые разработали способ получения функционально-градиентных детонационных покрытий на основе гидроксиапатита с градиентным строением, в которых соотношение Ti/ГА постепенно изменяется по толщине покрытия для обеспечения сочетания высоких значений механической и адгезионной прочности покрытий.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Энергия дисперсиялық спектроскопиясының нәтижелері жабындардың элементтік қабаттарының шекарасыз жабындардың көлденең қимасы бойынша үздіксіз градиентті элементтік құрамға ие екенін көрсетті. Ti мөлшері біртіндеп азайып, ГА мөлшері төсеніштен жабындардың бетіне қарай біртіндеп өсті. Элементтік құрамды зерттеу нәтижесінде алынған жабындардағы кальций мен фосфордың атомдық қатынасы Ca/P ~ 1,64 бастапқы ұнтақ мәніне - Ca/P ~ 1,67 жақын екенін көрсетті, бұл жабынның пайда болуы кезінде химиялық құрамның шектеулі өзгеруін көрсетеді. Детонациялық бүрку әдісімен алынған функционалды-градиенттік құрылымды алу биоимплантация материалдары ретінде пайдаланудың үлкен перспективасына ие және оның жасырын мүмкіндіктерін анықтау үшін қосымша зерттеуді қажет етеді деген қорытынды жасауға болады. Жобаның ғылыми жаңалығы жоба авторлары алғаш рет гидроксиапатит негізіндегі функционалды-градиентті детонациялық жабындарды градиент құрылымымен алу әдісін әзірледі, онда Ti/ГА қатынасы жабындардың механикалық және адгезиялық беріктігінің жоғары мәндерінің үйлесімін қамтамасыз ету үшін жабынның қалыңдығы бойынша біртіндеп өзгереді.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Технико-экономический эффект проекта отражается в перспективах создания отечественных высококачественных биоимплантатов с уникальным комплексом служебных свойств значительно дешевле, чем импортных, и обеспечит для населения Казахстана доступность медицинских услуг в стоматологии, хирургии и ортопедии.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жобаның техникалық-экономикалық әсері қызметтік қасиеттерінің бірегей кешені бар отандық жоғары сапалы биоимплантаттарды құру перспективаларында импортталғандарға қарағанда едәуір арзанырақ көрінеді және Қазақстан халқы үшін стоматологияда, хирургияда және ортопедияда медициналық қызметтердің қолжетімділігін қамтамасыз етеді.

Level of implementation (in Russian) : не внедрено

Level of implementation (in Kazakh) : енгізілмеген

Efficiency (in Russian) : В практическом отношении результаты Проекта станут основой для создания как новых биоматериалов, так новых методик терапии и повышения приживаемости имплантов нового поколения. Внедрение имплантов и способов дополнительной стимуляции их приживаемости, необходимо для уменьшения срока реабилитации пациентов и кардинальному снижению их инвалидизации и повышению качества жизни.

Efficiency (in Kazakh) : іс жүзінде алғанда, жобаның нәтижелері жаңа биоматериалдарды да, терапияның жаңа әдістерін де құруға және жаңа буын импланттарының өмір сүруін арттыруға негіз болады. Импланттарды және олардың өмір сүруін қосымша ынталандыру тәсілдерін енгізу пациенттердің оңалту мерзімін қысқарту және олардың мүгедектігін түбегейлі төмендету және өмір сүру сапасын арттыру үшін қажет.

Field of application (in Russian) : Наиболее крупные области применения функционально-градиентных покрытий на основе Ti/ГА – производства медицинских имплантатов, в том числе предназначенных для введения в сердечнососудистую (эндопротезы сосудов, клапанов и др.) и костную (эндопротезы суставов и фрагментов костей, крепёжные детали) ткань и др.

Field of application (in Kazakh) : Ti/ГА негізіндегі функционалдық-градиенттік жабындарды қолданудың ең ірі салалары – медициналық имплантаттар өндірісі, оның ішінде жүрек-қан тамырлары (тамырлардың, клапандардың және т. б. эндопротездері) және сүйек (сүйек буындары мен фрагменттерінің эндопротездері, бекіткіштер) тіндеріне және т. б.