Антикоррозионная защита медицинских изделий с использованием технологий плазменного напыления

Антикоррозионная защита медицинских изделий с использованием технологий плазменного напыления

Введение

 

Для увеличения службы медицинского оборудования необходимо защищать их от коррозии, для чего используют различные покрытия.

Не нуждаются в дополнительном покрытии лишь благородные металлы (золото, серебро, платина) и некоторые нержавеющие стали, поверхность которых должна быть тщательно отполирована.

Защита от коррозии может быть постоянная и временная. Для постоянной защиты применяют 3 вида покрытий: металлические, неметаллические неорганические, неметаллические покрытия красками и лаками. Металлические и неметаллические неорганические покрытия - инструменты из углеродистой стали и латуни покрывают слоем никеля или хрома, либо тем и другим одновременно, используя гальванический метод. Покрытие может быть блестящим или матовым. В последнее время широкое распространение получило матовое черное хромовое покрытие.

Детали оборудования, которые эксплуатируются во влажной среде, покрывают оловом или цинком. Причем, латунные детали покрывают оловом непосредственно, а остальные предварительно покрывают слоем никеля. Для защиты деталей медицинского оборудования применяют, как правило, трехслойное покрытие (медь + никель + хром) или двухслойное (никель + хром).

Плазменное напыление - процесс нанесения покрытия на поверхность изделия с помощью плазменной струи.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. Плазменное напыление является одним из вариантов газотермического напыления.

Дуга свободна, если её развитие в пространстве не ограничено. Сжатая дуга помещается в узких каналах и обдувается струями газов или паров. Особенно мощные плазменные потоки у сжатой дуги. Сжатые дуги являются основой дугового плазмотрона - устройства для получения «низкотемпературной» плазмы. Физические исследования по созданию плазмотронов начались в начале ХХ века, а наиболее широкое исследование в конце 50-х, начале 60-х годов. В 1922 году Жердьен и Лотц получили сжатую дугу, стабилизированную водяным вихрем. В 1951 году в дуговом разряде, стабилизированном водяным вихрем, Бурхорну, Меккеру и Петерсу удалось получить температуру 50000°С, а в 1954 году на установке для получения сжатой дуги при высоком давлении паров воды Петерс получил сверхзвуковую скорость истечения плазменной струи - 6500 м/с при температуре 8000К (1,6 М).

В середине пятидесятых фирма Джианини публикует работы по устройству газового плазмотрона с кольцевым анодом.

В конце 50-х были созданы первые дуговые плазмотроны, а в начале 60-х годов - плазменные распылители. Из-за своей универсальности (температура плазменной струи обеспечивала плавление любых материалов) плазменные распылители заняли значительное место в ГТН, потеснив газопламенные методы.

Плазменная обработка позволила упрочнять поверхность конструкционных материалов. Плазменное напыление - создавать новые композиционные материалы и покрытия, которые не могут быть получены другими методами. Особенно широко плазменное напыление используется для нанесения порошков оксидов различных металлов.

 

Питтинговая коррозия

 

Мелкие коррозионные отверстия в нержавеющей стали, часто микроскопических размеров, окружённые красно-коричневыми или разноцветными продуктами коррозии, часто кругообразные отложения коррозионных продуктов вокруг отверстий. (Не путать с присущими материалу раковинами и инородными включениями в материале низкого качества или с контактной коррозией при комбинации нержавеющей стали с нержавеющей сталью).

Причины питтинговой коррозии:

на нержавеющей стали питтинговая коррозия вызывается ионами гало-генитов (бромидов, йодидов), особенно хлоридов, проникающих в некоторых местах сквозь пассивный слой инструментальной стали;

органические остатки, долгое время остающиеся на поверхности материала, например, кровь, гной, секрет;

повышенная концентрация или высыхание хлоридсодержащих жидкостей, например, слишком высокая концентрация хлоридов в последней промывной воде, остатки раствора физиологической соли на инструментах;

особенно новые, только что с завода, инструменты ввиду их ещё тонкого пассивного слоя более восприимчивы к хлоридсодержащим средам, чем более старые инструменты с соответственно более мощным пассивным слоем.

Коррозионные продукты могут удаляться с помощью кислых чистящих средств согласно указаниям изготовителя. Оставшиеся коррозионные отверстия могут зачищаться механически у изготовителя или в ремонтной мастерской.

Вызываемая хлоридами питтинговая коррозия может в значительной степени предотвращаться путём использования воды с низким содержанием хлоридов, уменьшения количества органических остатков или предотвращения воздействия на инструменты иных хлоридсодержащих жидкостей, например, физиологического раствора поваренной соли.

Сильно повреждённые питтинговой коррозией инструменты ввиду их опасности для пациента и пользователя должны немедленно изыматься из обращения. Вызывающие питтинговую коррозию причины должны устраняться во избежание повреждения также и других инструментов. Коррозионное разъедание может представлять собой гигиенический риск и быть причиной последующего коррозионного растрескивания вследствие внутренних напряжений.

Покрытия сложного состава

- разработанное в начале 90-х годов покрытие с высокой твердостью и температуростойкостью. Покрытие обладает повышенной эластичностью, что значительно снижает возможность его скалывания с поверхности инструмента. Высокая температуростойкость покрытия (до 800 оС) определяется образованием пленки окиси алюминия, имеющей низкую температуропроводность и значительную химическую стабильность. Нитридные покрытия, содержащие алюминий имеют высокую устойчивость к окислению [750° С для (Ti75Al25) I-xNх, 830° С для (Ti40Al60) I-xNх] и сохраняют высокую работоспособность при высоких скоростях резания труднообрабатывамых материалов. Покрытие хорошо подходит для резки титановых и никелевых сплавов, нержавеющей стали, закаленных материалов, литых сталей и пластиков. Температуростойкость покрытия определяет его использование при высокоскоростной и безэмульсионной обработке материалов.

Управление технологическим процессом формирования покрытия позволяет получать составы с изменяемыми свойствами в зависимости от процентного соотношения Ti и Al. При этом изменяются твердость, коэффициент трения, шероховатость поверхности и цвет покрытия. Все это позволяет оптимизировать свойства покрытия для выполнения конкретной задачи. Область применения: режущий, формообразующий, штамповой и хирургический инструмент.

 

Выводы

В данной работе был подробно рассмотрен процесс антикоррозионной защиты медицинских изделий с использованием технологий плазменного напыления. Это необходимо для увеличения срока службы медицинского оборудования.

Были рассмотрены виды коррозии, которой может подвергаться медицинское оборудование, и причины по которым коррозия появляется.

Подробно изучен технологический процесс плазменного нанесения покрытий, представлены виды покрытий, используемые для защиты медицинской техники. Рассмотрены как однокомпонентные покрытия, так и покрытия сложного состава.

В заключительном разделе рассмотрено оборудование для нанесения покрытия плазменным способом.

Литература

 

1. Хасуй А. Техника напыления. - М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. - М.: Наука, 1977. - 184 с.

. Газотермическое напыление композиционных порошков / А.Я. Кулик, Ю.С. Борисов, А.С. Мнухин, М.Д. Никитин. - Л.: Машиностроение, 1985. - 199 с.

. Хасуй А., Моричаки О. Наплавка и напыление. - М.: Машиностроение, 1985. - 240 с.

. Береснев В.М., Погребняк А.Д., Азаренков Н.А., Фареник В.И., Кирик Г.В. Нанокристаллические и нанокомпозитные покрытия, структура, свойства // ФИП. 2007. Т. 5, №1-2. С. 4-27.

. Мовчан Б.А., Демчишин А.В. Исследование структуры и свойств толстых вакуумных конденсатов никеля, титана, вольфрама, окиси алюминия и двуокиси циркония // ФММ. 1969. Т. 28, №4. С. 653-660.

. Физика тонких пленок / под ред. Г. Хасса, Р.Э. Туна; пер. с англ. под ред. М.И. Елинсона, В.Б. Сандомирского. - М.: Мир, 1967. - Т. II. - 396 с.

8. Sauerbrey G. // Physik Z. - 1959. - Vol. 155. - P. 206.

9. Левашов Е.А., Штанский Д.В. Многофункциональные наноструктурные пленки // Успехи химии. - 2007. - Т. 76, №5. - С. 501-509.

. Иевлев В.М. Компактные пленочные наноструктуры // Алмазные пленки и пленки родственных материалов: тр. Харьк. науч. ассамблеи ISTFE-15. - Харьков, 2003. - С. 82.

Антикоррозионная защита медицинских изделий с использованием технологий плазменного напыления

Введение

 

Для увеличения службы медицинского оборудования необходимо защищать их от коррозии, для чего используют различные покрытия.

Не нуждаются в дополнительном покрытии лишь благородные металлы (золото, серебро, платина) и некоторые нержавеющие стали, поверхность которых должна быть тщательно отполирована.

Защита от коррозии может быть постоянная и временная. Для постоянной защиты применяют 3 вида покрытий: металлические, неметаллические неорганические, неметаллические покрытия красками и лаками. Металлические и неметаллические неорганические покрытия - инструменты из углеродистой стали и латуни покрывают слоем никеля или хрома, либо тем и другим одновременно, используя гальванический метод. Покрытие может быть блестящим или матовым. В последнее время широкое распространение получило матовое черное хромовое покрытие.

Детали оборудования, которые эксплуатируются во влажной среде, покрывают оловом или цинком. Причем, латунные детали покрывают оловом непосредственно, а остальные предварительно покрывают слоем никеля. Для защиты деталей медицинского оборудования применяют, как правило, трехслойное покрытие (медь + никель + хром) или двухслойное (никель + хром).

Плазменное напыление - процесс нанесения покрытия на поверхность изделия с помощью плазменной струи.

Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. Плазменное напыление является одним из вариантов газотермического напыления.

Дуга свободна, если её развитие в пространстве не ограничено. Сжатая дуга помещается в узких каналах и обдувается струями газов или паров. Особенно мощные плазменные потоки у сжатой дуги. Сжатые дуги являются основой дугового плазмотрона - устройства для получения «низкотемпературной» плазмы. Физические исследования по созданию плазмотронов начались в начале ХХ века, а наиболее широкое исследование в конце 50-х, начале 60-х годов. В 1922 году Жердьен и Лотц получили сжатую дугу, стабилизированную водяным вихрем. В 1951 году в дуговом разряде, стабилизированном водяным вихрем, Бурхорну, Меккеру и Петерсу удалось получить температуру 50000°С, а в 1954 году на установке для получения сжатой дуги при высоком давлении паров воды Петерс получил сверхзвуковую скорость истечения плазменной струи - 6500 м/с при температуре 8000К (1,6 М).

В середине пятидесятых фирма Джианини публикует работы по устройству газового плазмотрона с кольцевым анодом.

В конце 50-х были созданы первые дуговые плазмотроны, а в начале 60-х годов - плазменные распылители. Из-за своей универсальности (температура плазменной струи обеспечивала плавление любых материалов) плазменные распылители заняли значительное место в ГТН, потеснив газопламенные методы.

Плазменная обработка позволила упрочнять поверхность конструкционных материалов. Плазменное напыление - создавать новые композиционные материалы и покрытия, которые не могут быть получены другими методами. Особенно широко плазменное напыление используется для нанесения порошков оксидов различных металлов.