14 577 21 0013 Федеральная целевая программа Исследования

14. 577. 21. 0013 Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014— 2020 годы» Приоритетное направление: Индустрия наносистем Программное мероприятие: III Ежегодная Всероссийская научнопрактическая конференция «Исследования и разработки-2016» Соглашение № 14. 577. 21. 0013 от 05. 06. 2014 г. на период 2014 – 2016 гг. Тема: Разработка технологии получения наноструктурированного материала на основе титана с регламентированной пористостью для био- и механически совместимых остеоинтегрирующих медицинских имплантатов Руководитель проекта: профессор Коллеров М. Ю. Получатель субсидии Цели и задачи проекта Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Индустриальный партнер ЗАО «Имплант МТ» , www. implants. ru Разработка, производство и реализация эндопротезов крупных суставов (тазобедренного, коленного, плечевого) и других имплантатов для травматологии и ортопедии 1. Изучение возможности получения волоконных пористых материалов на основе титана для производства остеоинтегрирующих имплантатов и покрытий; 2. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния режимов высокоскоростной закалки расплава на геометрические параметры, структуру и свойства волокон технически чистого титана; 3. Изучение влияния режимов прессования и диффузионной сварки на структуру и свойства заготовок волоконного пористого материала; 4. Определение влияния термоводородной обработки (ТВО)на структуру и свойства прутковых и листовых образцов волоконного пористого материала; 5. Исследование технологической схемы и режимов обработки на структуру и свойства покрытий из пористого материала на монолитной основе из титанового сплава ВТ 6; 6. Разработка научных основ технологии получения остеоинтегрирующих материала и покрытий для медицинских изделий различного назначения. Перспективы практического использования Индустриальный партнер Ожидаемые результаты проекта 1. Разработка технологии изготовления остеоинтегрирующих материалов, обладающих высокой объемной пористостью (более 50%), регламентированным размером пор (от 50 до 500 мкм), высоким комплексом механических характеристик на сжатие, растяжение, срез из биологически инертного материала с минимальным риском выкрашивания отдельных частиц, опасным развитием металлоза и повреждения элементов трения имплантатов. 2. Проект технологического задания на разработку пористых титановых имплантатов для замещения костных дефектов опорно-двигательного аппарата человека Практическая значимость работы заключается в разработке научнообоснованных принципов построения технологических схем получения высокопористых остеоинтегрирующих материалов и покрытий для изготовления имплантатов для замещения костных дефектов (тела позвонков, аугменты для костной пластики бедренной кости и др. ) и фиксирующих покрытий на элементах эндопротезов крупных суставов. Высокопористые волоконные материалы из технического титана обеспечат прорастание остеобластов в имплантаты и покрытие для снижения времени формирования костного блока и фиксации эндопротезов при снижении риска металлоза. Предложенные технологические схемы могут быть использованы для получения пористого материала не медицинского назначения, например, фильтрующих элементов для химической и нефтегазовой промышленности. Текущие результаты проекта Образцы волоконного пористого титана в виде прутков и покрытия на листе из сплава ВТ 6 Микроструктура волоконного пористого титана (а) и покрытия на монолитной основе (б) Испытание на срез образца из сплава ВТ 6 с пористым покрытием из волокон сплава ВТ 1 -0 Макеты протезов тел позвонков (а) и чашки эндопротеза тазобедренного сустава с остеоинтегрирующим покрытием из волокон пористого титана (б) 14. 577. 21. 0013 1. Впервые установлены закономерности кинетики насыщения водородом высокопористого материала на основе титана. Показана роль объемной пористости, размера пор и характеристического размера исходного материала на скорость наводороживания. Установлено, что разность скоростей поглощения водорода монолитного и пористого материала приводит к различию в содержании водорода в монолитной основе и пористом покрытии в два раза и соответствующим изменениям структуры и свойств. 2. Исследовано влияние водорода на фазовый состав, структуру и свойства титана. Определены температурно-концентрационные условия протекания фазовых превращений, их объемные эффекты. Установлено, что максимальный межфазовый наклеп наблюдается в процессе превращения при температурах 400 -650°С. При этих условиях происходит наиболее полное преобразование структуры, обеспечивающее изменение характера контакта волокон материала с механического на физикохимический. 3. Определены технологические схемы и режимы обработки пруткового, листового высокопористого материала, а также его покрытия на монолитной основе. Показано, что использование ТВО заготовок материала позволяет обеспечить его высокую прочность при сохранении достаточной пластичности. 4. Разработана технология обработки пористого покрытия, включающая наводороживание и вакуумный отжиг в едином цикле, позволяющая избежать поводки монолитной основы и отслоения пористого покрытия при обеспечении высокой адгезионной прочности и сохранении механических свойств монолитной основы.