用于CoCrMo基材的涂层制造技术

一种用于CoCrMo基材的涂层，包含直接位于基材上含有Ta(CoCrMo)0.5-2.0的第一层，直接位于第一层上并且含有钽的第二层，直接位于第二层上并且含有碳化钽的第三层，和直接位于第三层上并且含有类金刚石碳（DLC）的第四层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体上涉及CoCrMo基材例如Co28Cr6Mo基材上的涂层。更具体地，本专利技术涉及具有优异生物稳定性的类金刚石碳(DLC)涂层。本专利技术的一些实施方案涉及具有DLC涂层的基材。本专利技术的另外ー些实施方案涉及用于将DLC涂层施加至基材的方法。
技术介绍
在医疗行业中已知类金刚石碳(DLC)涂层作为降低金属部件的摩擦磨损的手段的用途。例如在医疗装置的连接部件例如髋置换物上使用DLC涂层来降低表面磨损。在这些装置中，涂覆DLC的部件通常连接聚合物或涂覆DLC的同类部件。例如，用于脊椎的总盘置换装置可具有连接聚こ烯对应物的涂覆DLC的钛合金部件。然而，直接施加至基材上的DLC涂层可表现劣等的粘合稳定性。由沉积机制所致，DLC涂层可具有GPa范围内的过量压缩应カ，这有利于DLC涂层从基材脱层。例如，关于某些目前可获得的涂覆DLC的髋关节的出版数据显示在体内9年后的大規模失效。图6 显不了根据现有技术由 Taeger 等人(Materialwissenschaften undWerkstofftechnik 2003; 34 (12) : 1094-1100，通过引用以其全文并入本文)的101植入物研究获得的某些涂覆DLC的髋关节植入物的修正(revision)速率。图7显示了源自Taeger系列的臀关节头的外植物。如可见到的，DLC涂层失效并且引起显著的磨损。失效的起源为DLC表面上小的脱层点，其最终结合以产生大規模的失效。在更近的观察中，失效看似大概为圆形并且可显示为起源于小的失效点，可能如图8所示的小孔。脱层从中心的初始点以圆形模式发生。图9显示了 Taeger涂层系统源于人工缺陷的脱层。在240天后脱层速度快速增カロ，在该时间处将存储介质从磷酸盐缓冲盐(PBS)交換成小牛血清。其它的数据点给出涂层系统中維持和储存的能量。因而，仍然需要具有改善的长期体内粘合性的改善的DLC涂层。
技术实现思路
本专利技术在一些实施方案中包括具有涂层的CoCrMo基材。在一些实施方案中,可在医疗装置例如人工关节中使用经涂覆的CoCrMo基材。在本专利技术的一个实施方案中，用于CoCrMo基材的涂层包含四个层。在一个实施方案中，所述四个层包括包括Ta(C0CrM0)a5U的第一层、包括钽的第二层、包括碳化钽的第三层和包括类金刚石碳(DLC)的第四层。在一个实施方案中，所述涂层仅包括所述四个层。在一个实施方案中，第一层基本上由Ta(CoCrMo)ciHt!组成。在一个实施方案中，第二层基本上由钽组成。在一个实施方案中，第三层基本上由碳化钽组成。在一个实施方案中，第四层基本上由类金刚石碳(DLC)组成。在一些实施方案中，将第一层直接布置到基材上。在一些实施方案中，第一层具有约Inm-约5nm、优选约2nm_约4nm的厚度。根据ー些实施方案,第一层具有小于5原子％、优选小于3原子％的氧含量。在一些实施方案中，将第二层直接布置到第一层上。在一些实施方案中，第二层包括Ct-钽。在一些实施方案中，第二层基本上不含β-钽。在一些实施方案中，用例如约O. I原子％-约10原子％的钨、铌和/或钛掺杂第二层。在又一些实施方案中，第二层具有20nm的最小厚度,优选50nm的最小厚度。在另ー些实施方案中，第二层具有IOOOnm的最大厚度，优选200nm的最大厚度。根据ー些实施方案，第二层具有小于5原子％、优选小于3原子％的氧含量。在一些实施方案中，将第三层直接布置到第二层上。在一些实施方案中，第三层具 有O. 5nm的最小厚度,优选4nm的最小厚度。在另ー些实施方案中，第三层具有IOnm的最大厚度，优选6nm的最大厚度。根据ー些实施方案，第三层具有小于5原子％、优选小于3原子％的氧含量。在一些实施方案中，将第四层直接布置到第三层上。在一些实施方案中，第四层具有200nm的最小厚度，优选500nm的最小厚度。在另ー些实施方案中，第四层具有10 μ m的最大厚度，优选5 μ m的最大厚度。根据ー些实施方案，第四层具有至少I原子％的氢含量。在又一些实施方案中，第四层具有小于35原子％、优选小于23原子％的氢含量。根据本专利技术的一些实施方案的涂层具有低于50nm的平均粗糙度Ra。在又一些实施方案中，涂层具有低于200nm的最大粗糙度Rt。在一些实施方案中，涂层具有约O. 5 μ m-约10 μ m的总厚度。在其它的实施方案中，由到达基材的孔穿透涂层。在该实施方案的变体中，孔具有直径d < 10。根据本专利技术的一些实施方案，用于将涂层施加至CoCrMo基材的方法包括将粘合促进中间层沉积到基材上并且将DLC层沉积到粘合促进中间层上。在一些实施方案中，用于涂覆CoCrMo基材的方法包括a)将CoCrMo基材放入真空系统中；b)通过Ar+离子轰击来清洁CoCrMo基材；c)将Ta粘合促进中间层沉积到CoCrMo基材上；和d)在Ta粘合促进中间层上开始DLC生长。在一些实施方案中，通过例如以约IOnm-约I μπι厚度进行溅射将Ta粘合促进中间层沉积到CoCrMo基材上。附图说明下面将举例并且參考附图描述本专利技术的若干个实施方案，其中图I显示了安装在测试承窝(sockets)上的未涂覆(左)和根据本专利技术的一个实施方案的经涂覆(右)的CoCrMo脊椎盘植入物；图2显示了在脊椎模拟器中运行的图I的未涂覆和经涂覆的脊椎盘的累计磨损体积；图3A显示了在使用本专利技术的实施方案的中间层系统的涂覆DLC的植入物上发现的缺陷边缘处施加的聚焦离子束横切面；图3B显示了在图3A的中间层系统处所停止和包含的裂纹的放大图。图4显示了根据另ー个实施方案具有3. 5原子％氧含量的钽基中间层系统；图5显示了如根据本专利技术的实施方案生长的以不同氧污染为特征的Ta层的XRD扫描;图6显示了根据现有技术的涂覆DLC的髋关节植入物的修正速率；图7显示了根据现有技术的髋关节头的外植物具有引起显著磨损的失效的DLC涂层；图8显示了根据现有技术的植入物DLC层上的脱层(SEM图像)；和图9显示了源于人工缺陷的根据现有技术的涂层系统的脱层。 具体实施例方式根据ー些实施方案，本专利技术包括用于在医疗装置中可使用的基材的涂层。在其它的实施方案中，本专利技术包括具有如本文中描述的涂层的基材。在一些实施方案中，基材为医疗植入物的部件，例如人工关节、髋置換物、脊椎盘假体、骨板等。在一些实施方案中，基材为经受磨损的装置的部件。在一些实施方案中，基材为金属基材。在一些实施方案中，基材包括金属合金。在本专利技术的优选实施方案中，基材为钴-铬-钥(CoCrMo)基材，例如Co28Cr6Mo基材。根据本专利技术的一些实施方案的涂层包含多个层。在一些实施方案中，多个层中的每个层包含不同的化学組成。在一些实施方案中，所述涂层包含至少第一层和第二层。在一些实施方案中，所述涂层包含至少第一层、第二层和第三层。在一些实施方案中，所述涂层包含至少第一层、第二层、第三层和第四层。在一些实施方案中，所述涂层包含不超过四个层。在一些实施方案中，所述涂层由四个层组成。在一些实施方案中，根据本专利技术的多层涂层包含邻近层之间的混合。在一些实施方案中，本专利技术的涂层的第一层包含与涂层第二层的混合(blended)界面。在一些实施方案中，本专利技术的涂层的第二层包含与涂层第三层的混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.15 US 61/324,6641.用于CoCrMo基材的涂层，其包含包含 Ta (CoCrMo) Q.5_2.Q 的第一层； 包含钽的第二层； 包含碳化钽的第三层；和 包含类金刚石碳(DLC)的第四层。2.根据权利要求I的涂层，其中第二层的钽包含α-钽。3.根据权利要求I的涂层，其中第二层基本上不含钽。4.根据权利要求I的涂层，其中第一层具有约Inm-约5nm的厚度。5.根据权利要求I的涂层，其中第二层具有至少20nm的厚度。6.根据权利要求I的涂层，其中第三层具有至少O.5nm的厚度。7.根据权利要求I的涂层，其中第四层具有至少200nm的厚度。8.根据权利要求I的涂层，其中第四层具有小于35原子％的氢含量。9.根据权利要求I的涂层，其中第一层、第二层和第三层各具有小于5原子％的氧含量。10.根据权利要求I的涂层，其中所述涂层具有低于50nm的平均粗糙度Ra。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·豪尔特，G·索罗沃斯，C·法卢伯，U·米勒，C·沃依萨德，
申请(专利权)人：斯恩蒂斯有限公司，
类型：
国别省市：