KR20180061176A - 표면의 연마제 분사 변형법 - Google Patents

Abstract

표면(10)을 50 - 250 m/sec의 범위의 속도로 전달된 연마제 입자(4)와 도펀트 입자(6)의 혼합물로 동시에 타격하고, 이에 의해 표면에 도펀트 물질을 침착시키는, 금속 표면 처리 방법. 또한 상기의 방법으로 처리된 표면을 가지는 물품(8)이 제공된다.

Description

표면의 연마제 분사 변형법

본 발명은 재료 과학 분야에서 표면 처리 기법에 관한 것이다.

금속 표면 마무리는 종종 입자 타격법(particle bombardment)에 의해 제공된다. 이는 연마제 분사(blasting)를 이용한 물질 제거에서부터 저온 분무(cold spraying)를 이용한 물질 침착에 이르기까지 다양할 수 있다. 이들 접근의 차이는 공정의 에너지에 달려 있다. 이름에도 불구하고, 저온 분무 공정은 사실상 상승된 온도를 사용한다. 입자를 운반하기 위해 사용되는 가스는, 타격 입자와 혼합되어지기 전에, 수 백도의 온도, 전형적으로 200 ℃와 1,000 ℃사이로 가열된다. 이는 가스 공급 라인 압력의 증가 없이 가스 속도를 증가시킨다. 전형적으로 저온 분무 공정은 상승된, 하지만 사용되는 금속 타격 입자의 녹는점보다 낮은 온도에서 수행된다. 가열된 가스에 의해 공급되어지는 열 에너지와 더불어, 타격 입자의 운동 에너지 역시, 연마제 분사에서 보다 입자가 현저하게 빠른 속도로 운동함으로써, 저온 분무 시스템에서 더 높다. 입자는 전형적으로 (342 m/s보다 큰) 초음속으로 가속된다. 300 m/sec보다 빠른 속도에서, 표면에 대한 입자의 충돌로써 전달된 에너지는 금속 표면과 타격하는 금속 입자 모두를 변형시키기에 충분하고, 결과의 상호작용은 입자가 펼쳐져서 표면을 코팅하게 한다. 이러한 코팅 침착을 얻기 위해 요구되어지는 최소 속도는 저온 분무 기법에서 '임계 속도(critical velocity)'로 지칭된다. 충돌시 타격 입자가 변형되는 것의 요구로 인해, 비금속 물질의 침착에는 이 기술의 적용이 제한되어 왔다. 임계 속도 이하의 값에서, 매우 적은 표면 함침이 일어나며, 타격 입자는 전형적으로 표면에서 튀어나온다. 다양한 물질에 대해 널리 인용되는 최소 임계 속도는 400 m/sec로, 그리고리브(Grigoriev) 등의 문헌[Surf. Coat. Technol., 268 (2015), pg 77 - 84]과 상기 발행문서로부터 얻어진 본원의 도 1에서 보여진다. 이 값은 타격 입자와 기판 표면의 성질에 의존하여 달라질 수 있다.

대부분의 금속 물질에서, 산화물 층이 표면에 형성되며, 벌크 금속 또는 합금보다 더 단단하다. 금속 표면 (특히 티타늄과 티타늄에서 유래된 합금의 그것)은 자연적으로 공기중에서 다양한 오염원에 의해 오염된다. 금속 표면의 상세한 물리적 및 화학적 성질들은 그것들이 만들어지는 조건에 달려 있다. 금속의 고유의 반응성 역시 표면을 산화시키는 다양한 환경 화학물질/오염원을 끌어들일 수 있다. 예컨대, 티타늄은 매우 반응성이 좋은 금속으로, 수 개의 다른 매체에 의해 손쉽게 산화되어 진다. 이는 티타늄과 대부분의 다른 금속들에서 언제나 산화물 층으로 덮여 있도록 한다. 이 산화물 층은 화학적으로 안정하며 바로 아래의 벌크 금속보다 훨씬 더 단단하다. 금속 산화물이 전형적으로 금속보다 훨씬 더 단단하고 덜 반응성 있기 때문에, 기판과 결합하는 타격 입자의 능력은 때때로 산화물의 성질에 의해 제한되며, 밑에 놓인 금속의 성질에 의한 것은 아니다.

저온 분무 기법이, 또한 처리될 수 있는 표면의 성질에 의해 제한되는 것 역시 사실이다. 저온 분무 코팅을 부착시키기 위해, 기판 표면은 반드시 세정되어야 하며 조면화되어야 한다. 이는 종종 저온 분무 이전에 표면에 연마성 분사함으로써 수행된다. 어떤 경우에는, 저온 분무 코팅은 금속 도펀트(dopant)와 함께 일부 연마제 입자를 또한 혼입한 것으로 착수되어지나, 연마성 분사의 범위를 넘어선 상승된 온도와 높은 속도에서 이것들은 모두 침착된다. 실험적으로, 세라믹 입자의 존재는 금속의 침착 비율을 높이는 것으로 작용하는 것이 밝혀졌다. 또한, 세라믹의 존재는 침착된 것의 내마모성을 증진시킬 수 있다.

대부분의 표면 타격 공정은 물질의 침착에 초점이 맞추어진 것이 아닌, 표면의 조도와 응력에 초점이 맞추어 진다. 둥근 입자가 표면에 타격하기 위해 사용되고, 임계 속도 이하인 초음속에서 속도가 충분히 낮다면, 표면은 단지 타격에 의해 변형되고 파일 것이다. 이를 샷 피닝(shot peening)이라고 하며, 이는 표면에 압축 응력을 가함으로써 표면 응력을 조절하기 위해 일상적으로 사용되며, 이 공정은 특징적으로 파여진 표면 외관을 남긴다.

모난 또는 불규칙한 형태의 입자가 임계 속도 이하의 값에서 표면에 타격되기 위해 사용된다면, 타격 입자의 가장자리와 모서리는 기판 금속으로부터 금속을 잘라내고 침식할 수 있다. 이는 표면의 연마로 이어지며, 연마제 분사는 금속 표면을 세정하고 조면화하기 위해 널리 사용된다. 최적의 연마 효과를 위해서, 연마제 입자는 적어도 5의 모스 경도(Mohs hardness)를 가지도록 선택되며, 그럼에도 불구하고 경도에 따라 연마가 증가하므로 더 강한 입자가 선호된다.

연마제 분사 공정 도중, 연마제의 일부 입자가 기판에 함침되어 있는 것이 관찰되어져 왔다. 많은 응용에서, 이는 유해한 효과로 여겨지며 오염을 제거하기 위한 추가의 에칭이나 세정 단계가 요구되어져 왔다. 그러나 연마제 분사로부터 발생된 오염이 유익할 수 있다고 가정된 응용들이 있다. US 4,194,929는 스테인레스 강 표면에 철 또는 강 연마제가 분사되는 공정을 기재한다. 철 입자가 내부식성 강 표면에 매립됨에 따라, 이것은 통상적인 인산화 용액 내에서 부동화된 코팅이 형성되게 한다. US 7,377,943에서 뮬러(Muller)등은 분말을 표면에 분사하여 금속 표면의 생체활성을 증가시키는 공정을 기재하며, 여기서 각 입자는 CaO, P₂O_5, ZrO₂ 및 플루오라이드의 조합물로 구성된 유리질성 결정질의 물질로 구성된다. 결과적인 입자는 금속 표면의 생체적합성을 증가시키기 위해 표면에 매립된다. 이러한 방법은 모두 한 가지 종류의 입자를 이용하여 표면을 타격하는 것을 포함하며, 연마와 함침의 조합을 특징으로 한다.

이의 추가적인 개발에서, 이시카와(Ishikawa)등의 문헌[J. Biomed. Mat. Res. (Appl. biomat.), vol. 38, pg. 129 - 134, 1997]은 통상적인 연마제 분사 장비를 사용하여 히드록시아파타이트 분말을 이용한 티타늄의 분사에 대해 보고하였다. 그들은 전자현미경을 이용하여 조사할 때, 기판 연마의 어떠한 증거 없이 금속 표면에 분말이 쌓여지는 것을 관찰했다. 그들은 이 코팅 형성을 일종의 입자 소결을 초래하는 히드록시아파타이트 물질의 반응성 및 표면에의 약간의 접착력에 의한 것으로 보았다. 초음파 세정에 대해 안정하더라도, 코팅은 스틸 날로 긁음으로써 제거되어 지며, 단지 적당한 코팅 접착력이 얻어졌음을 나타낸다. 이는 금속으로의 타격 입자의 최소한의 결합을 제시하며, 현미경은 분명한 금속 연마의 증거 없이 이를 확인하는 것으로 보인다. 이는 티타늄에 존재하는 단단한 수동 산화물 층 때문일 것이다. 따라서 연질의 히드록시아파타이트 입자는 금속 산화물을 파열하고 연마할 것으로 예측되지 않는다.

서로 다른 두 가지 종류의 입자의 조합을 이용하여 금속의 표면에 물질을 침착시키는 것을 찾은 사람들도 있다. US 3,754,976은 금속 도금을 위한 공정을 기재한다. 저온 분무가 표면에 금속을 부착시키기 위해 높은 속도의 타격을 사용하는 반면, 이 특허는, 금속성 분말의 혼합물과 작은 샷 피닝 입자들이 표면 위로 금속성 분말을 충돌시켜 결합시키기에 충분한 속도로 표면을 향해 분무되는 금속 도금을 위한 공정을 개시한다. 피닝 입자는 코팅에서 피닝 입자의 어떤 현저한 흡수 없이 표면 위로 금속 입자를 효과적으로 변형시키고 도금한다. 이 기법은 침착될 수 있는 추가적인 물질을 포함하도록 나중에 확장되었다. US 4,552,784는 이 기법을 이용하여 고형화된 금속 분말을 빠르게 침착시키는 공정을 기재한다. US 4,753,094는 이황화 몰리브데넘과 둥근 금속 샷의 조합물이 이황화 몰리브데넘의 층을 침착시키기 위해 표면에 분사되는 공정을 청구한다. US 2006/0089270은 샷 피닝 입자를 이황화 몰리브데넘과 같은 일차 윤활제 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 폴리머성 윤활제와 혼합하고 표면에 분사하여 표면에 두 가지의 윤활제의 혼합물을 침착시키는 공정을 청구한다. 이러한 모든 이중 분사 방법에서, 발명자들은 구형의 샷 핀 입자들이 침착될 때 코팅을 연마하지 않기 때문에, 코팅 물질과 함께 표면을 타격하기 위해 샷 피닝 입자의 사용하는 것을 선택한다. 관례는, 연마제가 형성된 임의의 코팅을 제거할 것으로 예측되었기 때문에, 연마제 입자들과 코팅 전구체의 조합물의 분사가 침착된 코팅을 생성시키지 못할 것이라 예측하였다.

연마제 분사 공정의 조면화와 침착 공정을 단일 단계로 결합시키기 위해, 다른 발명들은 연마제가 코팅 형성 물질로 덮인 복잡한 층상의 입자를 관찰하였다. 금속 및 다른 표면의 규화를 위한 로카텍™(Rocatec™) 시스템은 여러 구성 물질을 가진 각각의 입자를 사용한다. 이 기법은 치의학 분야에서 폭넓게 사용된다. 이 예시에서, 실리카의 외부 접착성 층을 가진 알루미나 입자는 사전-조면화된 표면으로 추진되고 충돌시 충돌 부근에서 발생된 국부적인 열이 부서진 실리카 외부 층을 세라믹화로 일컫는 공정을 통해 표면에 융합되게 한다. 비슷한 전략은 US 6468658과 US 6431958에 기재되어 있으며, 여기서 연마제 입자들은 물질로 코팅된 다음 표면의 외부층에 매립하기 위해 표면으로 분사되어 진다. 이러한 모든 경우에, 연마제는 외부 층안에 포함되고, 따라서 연마는 제한적이며 표면은 화학적으로 변형된다. 그러나 이 기법들은 모두 생산하는데 값비싸고 복잡한 코팅된 매체의 사용을 요구하며, 이는 연마제 입자의 간단한 혼합을 이용한 간단한 분사가 필요하다고 간주되며 코팅 물질은 연마제 작용에 의한 코팅의 예측된 제거 때문에 고려되지 않는다.

이러한 널리 퍼진 믿음에도 불구하고, 오도노휴(O'Donoghue)등의 특허[EP 2061629와 US 8119183]에 의해 연마제와 코팅 물질의 조합이 유익하다고 증명할 수 있는 것이 밝혀졌다. 이전의 혼합 매체 코팅은, 금속을 뒤덮는 수동 산화물의 맨 위의 라미네이트 층으로써 전구체 분말을 단순히 침착시키는 둥근 샷 핀 매체의 사용에 집중했다. 라미네이트 층은 열악한 접착력이 생기기 쉬웠고, 박리될 수 있었다. 연마제와 도펀트의 조합물로 표면을 그리트 분사(grit blasting) 함으로써, 연마제는 수동 산화물 층을 제거하고 표면을 조면화시키는 것을 알아냈다. 단단한 수동 산화물 층은 제거되고 금속의 반응성 있는 층이 노출됨에 따라, 금속 내부로 도펀트가 함침되기 용이하게 한다. 이는 라미네이트 층을 생성하지 않고 기판에 도펀트의 뛰어난 접착을 보장하며, 이 기법은 코블라스트(CoBlast)라는 상표명으로 상업화되었다. 표면으로 매립되거나 부서지기보다는 변형되거나 퍼지는 금속 도펀트의 경향성 덕분에, 이 방법은 비금속 도펀트의 침착에 더 적합하다.

개발된 코블라스트 기법을 이용하여 표면에 연마제와 도펀트의 혼합물을 분사하는 것이 기판으로 물질을 침착시키는데 효과적이지만 (또한 EP 2061629 (및 연관된 특허)에 이 발명이 당업자에게 수행될 수 있도록 충분히 명확하고 완성된 방식으로 개시되었음에도), 코블라스트를 위한 최적의 공정 파라미터는 잘 알려져 있지 않다. 특히, 도펀트를 표면에 함침시키기 위해 요구되는 임계 입자 전달 속도는 잘 정립되어 있지 않으며, 따라서 최적 이하의 코팅이 생길 수 있다.

따라서, 특히 입자 전달 속도의 측면에서의 공정 파라미터의 발전된 식별을 통해 코블라스트 기법을 발전시키기 위한 요구가 있어 왔다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 표면을 50 - 250 m/sec (초 당 미터)의 범위의 속도로 전달된 연마제 입자와 도펀트 입자의 혼합물로 동시에 타격하고, 이에 의해 표면에 도펀트 물질이 침착시키는, 금속 표면 처리 방법이 제공된다.

예를 들어, 입자는 100 - 200 m/sec의 범위의 속도로, 예컨대 120 - 180 m/sec의 범위의 속도로 전달될 수 있다.

이 방법은 상온에서 수행될 수 있다.

바람직하게는 연마제 입자는 불규칙하거나 모난 형태구조를 가진다.

도펀트는 금속 표면에 어떠한 중간 산화물 층 없이 직접적으로 화학 결합을 할 수 있다. 다르게는, 또는 추가로, 도펀트 입자들은 금속 표면에서 서로 응집할 수 있다.

바람직하게는 연마제는 모스 경도 스케일에서 6.0 초과의 경도를 가진다. 예를 들어 연마제는 모스 경도 스케일에서 8.0 이상의 경도를 가질 수 있다.

바람직하게는 연마제는 모스 경도 스케일에서 도펀트보다 적어도 2 단계 높은 경도를 가진다. 특히 바람직하게는 연마제는 모스 경도 스케일에서 도펀트보다 적어도 3 단계 높은 경도를 가진다.

특정 실시태양에서, 도펀트는 폴리머 또는 (2.5 g/cm³보다 낮은 밀도를 가지는) 다른 낮은 밀도의 물질일 수 있으며, 연마제는 150 - 1,500 마이크로미터(μm)의 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 연마제는 250 - 1,000 마이크로미터의 범위의, 예를 들어 350 - 750 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 추가의 예로서, 연마제는 300 마이크로미터보다 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

또 다른 실시태양에서, 도펀트는 폴리머 (또는 다르게는 비-폴리머)일 수 있으며, 연마제는 5 - 5,000 마이크로미터의 범위의, 예컨대 5 - 1,500 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예컨대, 도펀트는 폴리머일 수 있고, 연마제는 10 - 150 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 단지 2 가지의 기재된 예시로써, 본 발명자들은 13 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가진 연마제 입자를 사용하고, 50 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가진 연마제 입자를 별개로 사용하여, 중합체 도펀트의 좋은 침착을 얻었다. 연마제 크기의 변화는 일반적으로 마감된 표면에 요구되는 원하는 질감과 연관된다.

폴리머인 도펀트에 대해, 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 60 중량 %를 구성할 수 있다. 바람직하게는 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 70 중량 %를 구성한다. 더 바람직하게는 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 80 중량 %를 구성한다.

다른 실시태양에서, 도펀트는 비-폴리머 물질일 수 있으며, 연마제는 500 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마제는 200 마이크로미터보다 작은 또는 150 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 비-폴리머 물질인 도펀트에 대해, 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 20 중량 %를 구성할 수 있다. 바람직하게는 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 25 중량 %를 구성한다. 더 바람직하게는 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 40 중량 %를 구성한다.

더 일반적으로, 도펀트 입자는 1 - 100 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

일반적으로 10 마이크로미터보다 작은 도펀트 물질이 표면에 침착되어 있다.

적어도 도펀트 입자의 일부는 금속 표면을 침투할 수 있으며 금속에 물리적으로 함침되어 남아있을 수 있다.

응용에 따라, 하나 또는 그 이상의 추가적인 코팅이 후속적으로 침착된 도펀트 물질의 상부에 적용될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 코팅이 저온 분무, 핀 도금(peen plating) 또는 미세분사(microblasting)로부터 선택된 타격 기법에 의해 적용될 수 있다. 추가적인 코팅을 적용하는 다른 방법도 또한 가능하며, 예를 들어 분말 코팅 또는 페인팅이다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 방법으로 처리된 표면을 가지는 물품을 제공한다.

본 발명의 제1 및 제2 측면의 다양한 실시태양에 따르면, 처리된 표면은:

이식가능한 의료용 기구;

수상 또는 육상의 운송수단;

항공 수단, 위성, 추진체 또는 우주선;

전자 장치 또는 구성요소;

몰드; 또는

관, 튜브 또는 저장 용기;

의 적어도 일 부분일 수 있다.

당업자가 인식할 수 있는 바와 같이 다른 응용 역시 가능하다.

본 발명의 실시태양은 이제 단지 예로서 하기의 도면을 참조하여 기재된다.
도 1은 입자 속도와 플레임 온도에 따른 열적 분무 공정의 종류를 표시한다 (그리고리브 등의 문헌으로부터);
도 2a, 2b 및 2c는 금속 기판을 처리하는 공정을 개략적으로 표현한다;
도 3a, 3b 및 3c는 연마제 입자와 도펀트 입자를 표면으로 전달하기 위한 3 가지의 다른 노즐 배치의 개요도이다;
도 4는 알루미늄 위로 전해적으로 도금된 12 마이크로미터 두께의 니켈 층의 광학 현미경사진을 보여주며, (A)는 처리되지 않은 것이고, (B)는 인산칼슘을 침착시키기 위해 코블라스트 처리가 수행된 것이다;
도 5는 도 4(A)의 처리되지 않은 니켈 판의, 그리고 니켈 판 위에 침착된 도 4(B)의 인산칼슘 표면의 EDX 분석을 보여준다 (도 5에서 인산칼슘 예는 "솔라 블랙"으로 언급된다.); 및
도 6은 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)이 (a) 연마제 입자의 사용이 없이, (b) <50μm의 알루미나 연마제 입자를 사용한 코블라스트 처리에 의해 및 (c) <90㎛의 알루미나 연마제를 사용한 코블라스트 처리에 의해 그 위에 침착된 고탄성 NiTi 와이어의 각각 와이어의 굴곡 시험 이전과 이후의 광학 현미경 사진을 보여준다.

본 실시태양은 본 발명을 실시하는 출원인에게 공지된 최선의 방법을 나타낸다. 그러나, 이는 수행될 수 있는 유일한 방법들이 아니다.

코블라스트 방법의 개요

코블라스트 방법의 일반적인 세부사항에 대해, 독자는 먼저 입자의 첫 번째 및 두 번째 세트의 실질적인 동시 침착을 위한 기법이 기재된 WO 2008/033867을 참조한다. 본래, 당업자가 이해하듯이, 입자의 첫 번째 및 두 번째 세트는 서로 다르다. 즉, 도펀트 종은 연마제와 다르다.

코블라스트 방법의 실시태양은 도 2a, 2b 및 2c에 표현된 개요도를 포함하나 이에 제한되지 않는다.

도 2a는 일련의 도펀트 입자(6)와 실질적으로 동시에 연마제 입자 세트(4)를 포함하는 스트림(3)을 전달하는 유체 제트(노즐)(2)를 개략적으로 보여준다. 입자 세트(4와 6)는 금속 기판(8)의 표면(10)을 타격하여 도펀트를 금속 기판의 표면에 함침시킨다.

도 2a, 2b 및 2c의 개요도에서, 표면(10)은 금속 산화물 층이다. 연마제 입자(4)에 의한 타격의 결과로써, 표면 산화물 층은 파괴되며, 산화물 층(10)의 갈라진 틈은 기판(8)의 새로운 표면(10a)을 노출시킨다(도 2b). 금속 기판의 경우, 새롭게 노출된 표면은 금속 표면이다. 입자 스트림(3)이 기판(8)에 계속하여 충돌함에 따라, 도펀트 입자(6)는 기판(8)의 표면(10)에 융합된다(도 2c).

일부 실시태양에서, 분사 장비는 제어된 움직임, 예컨대 CNC(컴퓨터 수치 제어) 또는 로봇 제어와 결합하여 사용될 수 있다. 분사 노즐, 기판 또는 둘 모두는 요구되는 표면 처리를 얻도록 조작될 수 있다. 분사는 비활성 환경에서 수행될 수 있다. 비활성 대기의 사용은 일반적으로 도펀트 또는 기판 물질과 관련된 폭발 또는 화재 위험성을 조절하기 위해 요구되며 코팅을 생성하는 데 있어서의 특별한 요구 사항이 아니다.

일 실시태양에서, 도펀트와 연마제 입자는 동일한 저장 용기에 보관되며, 동일한 제트(노즐)로부터 표면에 전달된다. 또 다른 실시태양에서, 도펀트 입자는 하나의 저장 용기에 보관되며 연마제 입자는 별도의 저장 용기에 보관되며, 여러개의 노즐이 도펀트와 연마제 입자를 전달한다. 여러개의 노즐은 제트 안에 있는 제트의 형태를 취할 수 있으며, 예컨대, 각각의 제트로부터의 입자는 특정 입사각으로 표면을 타격한다. 또 다른 실시태양에서, 여러개의 노즐은 공간적으로 분리되어 표면을 다른 입사각으로 타격하지만 동시에 표면 위의 동일한 지점에 충돌한다.

도 3a, 3b 및 3c는 도펀트와 연마제 입자를 표면으로 전달하기 위한 3 가지의 다른 노즐 구성의 개요도이다: 단일 노즐(도 3a); 하나의 노즐이 또 다른 노즐 안에 위치하는, 도펀트와 연마제 입자가 별도의 저장 용기로부터 전달되는 여러개의 노즐(도 3b); 및 도펀트와 연마제 입자가 별도의 저장 용기로부터 전달되는 여러개의 별도의 노즐(도 3c). 좀 더 구체적으로, 도 3a는 기판(28)으로 연마제 입자(24)와 도펀트 입자(26)의 단일 스트림(23)을 전달하기 위한 단일 노즐(20)을 보여준다. 도 3b는 분리된 저장 용기로부터 전달되는 도펀트와 연마제 입자를 가진 여러개의 노즐이 사용될 수 있음을 보여주며, 도 3b는 연마제 입자(24)의 스트림(33)을 전달하기 위한 하나의 노즐(30)이 도펀트 입자(26)의 스트림(43)을 전달하기 위한 또 다른 노즐(40)의 내부에 위치하는 것을 보여주며, 스트림(33) 및 (43)은 동축이다. 도 3c에서 표시된 것, 연마제 입자(24)와 도펀트 입자(26)의 스트림(33 및 43)을 각각 전달하는 노즐(30 및 40)을 보여주는 도 3c에서 표시된 것과 같이 도펀트와 연마제 입자가 별도의 저장 용기로부터 전달되는 여러개의 별도의 노즐 또한 사용될 수 있다.

노즐(들)과 기판 표면 사이의 거리 D는 0.1 mm 내지 250 mm의 범위, 예를 들어 0.1 mm 내지 130 mm의 범위 또는 5 mm 내지 50 mm의 범위일 수 있다. 표면으로부터 노즐의 각도는 10 도에서 90 도의 범위, 예를 들어 30 도에서 90 도의 범위, 또는 70 도에서 90 도의 범위일 수 있다.

한 종류 초과의 도펀트 종이 사용 될 수 있다. 한 종류 초과의 도펀트가 사용되는 경우, 도펀트들이 단일 노즐로부터 전달 될 수 있거나, 각각의 종류가 별도의 노즐로부터 각각 전달 될 수 있음을 쉽게 알 수 있다.

하나 초과의 종류의 또는 크기의 연마제가 사용될 수 있다. 이는 도펀트 물질의 침착을 돕고 또한 공정 도중 표면 토포그래피 및 텍스쳐링의 정도를 맞추도록 수행될 수 있다. 한 종류 초과의 연마제가 사용되는 경우, 연마제는 단일 노즐로부터 전달될 수 있거나 또는 각각의 종류가 별도의 노즐로부터 각각 전달될 수 있음을 쉽게 알 수 있다.

최적화된 코블라스트 방법

높은 입자 속도가 침착을 돕는다는 것이 알려져 있을지라도, 이는 증가된 가스 압력 또는 온도를 요구하고 이는 공정의 비용을 증가시킨다. 따라서, 최적화된 코팅은 표면으로부터 산화물 층을 제거함과 동시에 표면에 10 마이크로미터 미만의 도펀트를 침착시키기 위해 미립자의 도펀트와 함께 모난 연마제를 예비 혼합하고 분말 혼합물을 금속 기판 표면에 50 - 250 m/sec의 속도로 전달하는 것으로 얻어진다. 적어도 침착된 물질의 일부는 금속 표면을 침투하고 금속 내에 함침되어 남아 있다. 이 공정은 또한 어떠한 중간 산화물 층의 존재 없이, 표면에 도펀트의 직접적인 화학적 결합으로 이어진다. 바람직한 실시태양에서, 연마제와 도펀트 입자의 혼합물은 표면으로 100 - 200 m/sec의 속도로 전달된다. 최적화된 것으로, 입자는 120 - 180 m/sec의 속도로 전달된다. 도펀트 입자가 연마제 입자와 다른 속도로 전달될 경우, 연마제 입자의 속도가 표면에 대한 효과를 지배하는 것이 발견되었고, 따라서 연마제는 올바른 속도로 전달되어야 한다.

표면 내부로의 도펀트의 최적의 함침을 얻기 위해서, 모스 경도 스케일 상에서 6.0 초과의 경도를 가진 모난 연마제 입자가 요구된다. 더 단단한 연마제를 사용하는 것은 침착 속도를 높일 수 있으며, 8.0 이상의 경도를 가진 연마제가 바람직하다. 상기와 같은 연마제를 사용하는 것은 낮은 속도에서도 금속으로부터 산화물 층을 제거하기에 충분하다. 더불어, 연마제는 표면을 세정하며 침착 이전에 표면의 복잡한 세정 또는 조면화가 요구되지 않음을 확실하게 한다. 그러나, 100 - 200 m/sec의 속도에서 전달되는 도펀트와 함께 혼합되는 경우, 연마제는 산화물을 제거하며 또한 바로 아래의 금속의 일부까지 부식시킨다. 동시에 일어나는 연마와 도펀트 전달로 인해, 수 마이크로미터의 도펀트는 침착되며, 이는 사라진 금속과 금속 산화물을 대체하며, 이 누적된 효과는 기판의 전체 두께가 출발 물질의 그것과 유사하다는 것이다. 6.0 초과의 모스 경도와 100 - 150 m/sec의 속도를 가진 모난 또는 불규칙한 형태구조의 연마제를 사용할 경우, 5 - 10 마이크로미터보다 적게 연마에 의해 제거되고, 이는 주로 도펀트 침착에 의해 대체될 수 있음이 발견되었다.

연마제의 충돌은 또한 금속 표면을 조면화 및 비틀리도록 작용하며, 이에 의해 표면에 도펀트를 매립시키고 연동시킨다. 도펀트의 침착을 극대화하기 위해, 연마제의 모스 경도는 바람직하게는 도펀트보다 적어도 2 단계 높은 것이 선택된다. 이는 도펀트의 우선적인 흡수와 표면으로의 연마제의 최소화된 함침을 확실하게 한다. 특히 바람직하게는, 연마제는 모스 경도 스케일 상에서 도펀트보다 적어도 3 단계 더 단단하다.

도펀트는 표면에 화학적으로 결합된 것으로 밝혀졌다. 주변 환경에서 반응이 일어날 때, 도펀트와 금속 사이에 산화물 층에 대한 정보가 없다는 것은 놀라운 일이다. 대신에, 도펀트는 반응성 있는 금속에 직접적으로 결합한다. 이는 금속에 대해 도펀트의 뛰어난 부착을 확실하게 한다. 더불어, 도펀트 입자는 표면에의 충돌과 연마제 입자 타격에 의한 지속적인 연마 작용에 의해 부서지며 찢긴다. 결정질의 또는 반-결정질 도펀트 분말에 대해, 이는 표면에서 나노-결정질의 도펀트 입자를 생성할 수 있으며, 얻어지는 마이크로미터 미만(sub-micron)의 입자들의 높은 표면 에너지와 반응성은 금속에 쉽게 결합되는 물질을 초래하며, 상기 물질은 표면에서 서로 응집되며 융합된다.

연마로부터 유도된 반응성으로 인해, 저온 분무에서 발견되는 것과 유사한, 높은 속도는 요구되지 않는다. 더불어, 공정은 상온에서 수행될 수 있으며, 기판이나 가스 스트림이 저온 분무에서와 같이 가열될 필요가 없다. 모든 반응은 100 ℃ 미만에서 수행된다. 직접적인 가열이 없고 이것이 상온 공정일지라도, 입자의 충돌에 의한 운동 에너지로부터 유도되는 국소적인 가열은 국소적인 반응에 중요할 수 있다. 예컨대, 폴리머성의 도펀트의 침착 도중, 국소적인 반응은 폴리머 물질의 T_G의 변형을 불러 일으킬 수 있다.

낮은 온도에서 수행될지라도, 표면으로의 타격은 기판의 구조를 변화시킨다. 이론에 결부되지 않고, 공정에 의한 표면 물질의 부식은 별문제로 하고, 현미경 분석은 연마제가 금속 기판의 구조를 성긴 조립질로부터 미립질로 변화시켜, 이를 더 반응성 있게 만드는 것을 보여준다. 나노-결정질의 형성은 경계부의 기판 면에서도 발생한다. 분사는 기판에 대해 일정 수준의 강소성 가공(SPD; Severe Plastic Deformation)을 유도하며, 이에 의해 타격은 새롭게 노출된 표면에서의 전위(dislocation) 밀도를 증가시켜 초-미립질의 수를 증가시키며 그로 인해 결정 입계의 전체 밀도를 증가시킨다. 결정 입계는 반응 장소를 제공하며, 따라서 표면의 반응성을 증가시킨다. 결정 입계 이용가능성의 이러한 증가는 금속 경계부의 반응성을 20 μm의 깊이까지 증가시킨다. 충돌하는 연마제로부터 전달된 에너지와 부동화된 산화물 층의 제거가 결합되면, 금속의 가공 경화는 기판에 대한 도펀트의 결합을 증가시키는 것으로 예상될 수 있다. 더불어, 고 에너지 플라즈마 분무 또는 고온 침착 과정으로부터 예상되는 열 영향부가 없다. 이러한 효과들의 조합은 기판에의 도펀트의 직접적인 화학 결합을 불러 일으킨다. 세라믹 도펀트의 경우, 이는 확산 결합된 물질을 야기할 수 있다. 가공 경화는 또한 처리되지 않은 구성요소와 비교하여 금속 기판의 피로 수명을 증가시킨다.

국소적인 반응은 또한 일반적으로 점착되지 않는 부착 방식으로 물질을 침착되도록 한다. 예를 들어, PTFE와 같은 물질은 일반적으로 비-점착성의 표면으로 사용되며, 따라서 PTFE에 어떤 것이라도 부착되도록 만드는 것은 매우 어렵다. 그럼에도 불구하고, 모난 연마제를 PTFE와 섞고 이를 표면에 분사하여 접착성 PTFE 침착물을 침착시키는 것이 가능하다. 이론에 결부되지 않고, 연마제는 사실상 폴리머 사슬로 조각나고 사슬이 잘린 부위에 반응되지 않은 불포화 화학 결합이 남겨진 채로 존재한다. 이는 금속 표면에서 반응성 있는 부위에 결합할 수 있는 매우 반응성 있는 자리를 제공하며, 따라서 기판으로의 PTFE의 화학 결합을 용이하게 한다. PTFE와 같은 폴리머 물질은 안정하고 상당히 비반응성이기 때문에, 표면에 물질을 결합시키는 반응을 야기시키기 위해 추가적인 에너지가 요구될 수 있다. 따라서, 폴리머 물질을 침착시킬 때, 높은 속도의 침착 파라미터를 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 높은 속도는 높은 가스 흐름을 요구하며, 따라서 대신에 큰 크기의 연마제 그리트를 추가적인 운동 에너지를 공급하기 위해 사용하는 것이 선호된다. 1,500 마이크로미터의 크기보다 큰 연마제 입자가 사용되는 경우, 표면에 폴리머를 결합시키기에, 단위 면적당 불충분한 충돌이 존재한다. 150 마이크로미터 크기보다 작은 그리트 입자가 사용되는 경우, 충돌하는 연마제는 비반응성 폴리머 물질과의 반응을 유도하기 위한 운동 에너지가 부족할 수 있다. 따라서 폴리머 물질이 침착할 때, 150 내지 1,500 마이크로미터 크기, 바람직하게는 250 내지 1,000 마이크로미터 크기, 가장 바람직하게는 350 내지 750 마이크로미터 크기의 연마제 입자의 사용이 선호되는데, 이 입자들은 높은 운동 에너지를 함유하고 향상된 표면 연마 및 조면화를 제공한다. 그러나, 상기 내용에도 불구하고, 50 마이크로미터 또는 이보다 작은 평균 입자 크기를 가지는 연마제 입자를 사용하고 및 별도로 13 마이크로미터 또는 이보다 작은 정도의 평균 입자 크기를 가지는 연마제 입자를 사용하여 폴리머 도펀트의 충분한 침착을 얻을 수 있다.

더불어, 폴리머 도펀트를 침착시킬 때, 도펀트와 연마제의 블렌드는 연마제가 풍부하도록 변화되어야 한다. 표준 분사가 도펀트와 연마제 중량에 대해 동일한 혼합물을 이용하여 수행되더라도, 폴리머 도펀트에 대해 적어도 60 중량 %의 연마제와 최대 40 중량 %의 도펀트의 비율이 선호됨이 발견된다. 더 바람직한 비율은 적어도 70 중량 % 연마제와 30 중량 %를 넘지 않는 도펀트를 포함한다. 가장 바람직한 비율에서, 혼합물은 80 - 90 중량 %의 연마제와 10 - 20 중량 %의 도펀트를 포함한다. 약 90 중량 % 또는 95 중량 % 연마제보다 높은 혼합물에서, 90 중량 %와 95 중량 % 사이의 연마제를 가진 혼합물은 매우 얇은 도펀트 층을 (의도적으로) 생성하기에 유리하게 사용될 수 있으나, 과도한 연마로 인해 폴리머 침착이 제한된다.

혼합 매체에서 과량의 연마제를 사용하는 것 및 높은 평균 입자 크기는 폴리머 도펀트에 대해 유용할 수 있지만, 다른 도펀트에 대해서도 적용되지 않는다. 세라믹, 염, 금속 또는 다른 물질을 침착시키도록 할 경우, 연마제의 입자 크기는 최적의 코팅을 생성하기에 중요한 점이라는 것이 밝혀졌다. 큰 연마제 입자가 표면 조면화를 향상시키는 것에 반해, 작은 연마제의 사용은 도펀트의 높은 표면 로딩(loading)을 불러일으킬 수 있음이 밝혀졌다. 표면의 로딩이 표면에의 연마제의 충돌에 의해 유도됨에 따라, 적은 수의 큰 입자보다 많은 수의 작은 입자를 이용한 표면의 타격이 바람직하다. 이는 단위 표면적 당 더 많은 충돌과 더 많은 표면 반응을 생성하며, 따라서 도펀트의 향상된 표면 로딩을 용이하게 한다. 도펀트 물질의 침착은 500 - 1,000 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가진 연마제를 이용하여 수행될 수 있으나, 500 마이크로미터보다 작은, 바람직하게는 200 마이크로미터보다 작은, 이상적으로는 10 - 150 마이크로미터 평균 입자 크기 범위의 연마제 입자를 사용할 때 더 좋은 결과가 도출됨이 관찰되었다. 더불어, 비-폴리머 도펀트에 있어, 도펀트에 대한 연마제의 최대 비율은 20 중량 % 도펀트에 대해 80 중량 % 연마제로 밝혀지며, 75 중량 %를 넘지 않는 연마제와 적어도 25 중량 % 도펀트를 혼합물이 함유할 때 더 좋은 도펀트의 로딩이 일어난다. 비-중합체 도펀트의 최적의 표면 로딩은 혼합물이 60 중량 %를 넘지 않는 연마제와 40 중량 %보다 큰 도펀트를 포함할 때 얻어진다. 광범위한 연마제 입자가 코블라스트에서 성공적으로 사용될 지라도, 평균 도펀트 입자는 일반적으로 1 - 100 마이크로미터의 범위의 크기이다.

연마제 크기의 블렌드는 코블라스트 공정을 이용하여 도펀트 입자를 침착시킬 때 사용될 수 있다. 예컨대, 큰 연마제 입자는 표면 프로파일 및 세정 효과를 위해 사용될 수 있으며, 동시에 작은 연마제 입자는 좋은 표면 도포율 및 증가된 반응성을 얻기 위해 사용될 수 있다. 상기 이유로 인해 및 예로서, 본 발명자는 도펀트 종으로서 에폭시, 인산아연 및 다른 종을 침착시킬때 대략 600 마이크로미터 및 대략 50 마이크로미터의 알루미나 연마제 입자의 블렌드를 성공적으로 사용하였다.

높은 표면 프로파일이 요구되어지는 몇몇 경우에, 먼저 (예컨대, 1,500 마이크로미터 또는 그 보다 큰 정도의 평균 입자 크기를 갖는) 큰 연마제 입자를 이용하여 그리트-분사를 하고, 후속적으로 도펀트 입자와 동시에 작은 연마제 입자를 사용하는 코블라스트 공정을 수행하는 것이 가장 효율적일 수 있다.

더 작은 도펀트는 더 반응성이 높으나, 더 큰 도펀트 입자는 분말 공급기에서 흘려보내기 쉬워 종종 선호된다. 코팅 공정을 상업화하기 위해, 최적의 코팅은 더 작은 입자를 사용하여 수행될 수 있으나, 입자를 매끄럽고 지속적인 방법으로 하나 또는 그 이상의 호퍼(hopper)로부터 하나/각각의 전달 노즐로 흘리기 위한 요구사항은 더 큰 연마제 또는 도펀트 입자의 사용 또는 유동제(flow agent)의 추가적인 사용을 필요로 할 수 있다. 하나/각각의 호퍼로부터 하나/각각의 노즐로 매체의 지속적인 흐름을 확실하게 하기 위해, 연마제와 도펀트의 혼합물은 1.2보다 낮은 (특히 더 바람직하게는 1.15보다 낮은) 하우스너(Hausner) 비를 가져야 한다는 것이 밝혀졌다. 하우스너 비가 상기 값보다는 크지만 약 1.3 - 1.5 미만인 혼합물에 대해, 분말이 건조하고, 밀폐되어 있고 전체 분말의 로딩량이 1.5 kg을 초과하지 않는 한 압력 용기로부터 물질을 흘려 보낼 수 있다. 혼합물이 약 1.3 - 1.5보다 큰 하우스너 비를 갖는다면, 분말을 뭉치는 것으로부터 방지하고 일정한 유량을 유지하기 위해 교반봉, 교반자, 날 또는 다른 장비들이 사용되어 혼합물을 물리적으로 섞어주는 것이 필요하다. 하우스너 비가 약 1.5 - 1.6을 초과한다면, 분말이 뭉치지 않고 시스템을 막지 않도록 하기 위해, 호퍼로부터 공급될 수 있는 최대 로딩량은 500 g이다. 최적의 성능을 위해, 호퍼는 400 g을 넘지 않는 혼합 매체가 로딩되어야 한다. 노즐로 일정한 로딩이 되도록 하기 위해, 적은 양의 혼합 매체, 바람직하게는 500 g미만의 매체를 각각 로딩하는 여러개의 분말 공급기를 사용하는 것이 유리할 수 있다.

상기 문단의 하우스너 비율 값은 단지 예로서, 사용된 특정 침착 시스템에 대한 것이다. 상기 장치의 다른 형태에서는 하우스너 비율 값이 다를 수 있다.

침착된 코블라스트 층은, 10 마이크로미터까지의 두꺼운 침착물이 가능하지만, 2 - 5 마이크로미터의 얇은 침착물로 한정된다. 더 두꺼운 침착물을 생성하기 위해 시도하는 경우, 연마제의 존재는 과도한 연마를 생성하며 보다 두꺼운 코팅이 빠르게 제거되며, 이는 본 공정이 달성될 수 있는 최대 두께 10 마이크로미터까지로 스스로 제한하는 것을 의미한다. 두꺼운 코팅을 침착시키기 위해, 먼저 도펀트와 연마제의 조합을 이용하여 코블라스트 층을 침착시키는 것이 유용하다. 이는 추가적인 물질이 침착될 수 있는 얇고 화학적으로 결합된 프라이머 층을 형성한다. 바람직한 실시태양에서, 코블라스트 공정은 표면에 도펀트의 얇은 층을 침착시키는데 사용된다. 연마제와 도펀트의 흐름은 중단되거나 다시 흐르며, 표면에 대한 두 번째 타격이 발생한다. 이 두 번째 타격은, 추가적인 물질이 표면에 입자를 부착시키기 위해 요구되는 임계 속도로 표면에 분사되는 저온 분무 공정을 기초로 이루어 질 수 있다. 먼저 코블라스트 공정을 수행하는 것의 이점은, 중간 매개 산화물 층 없이 금속에 코팅의 직접적인 화학 결합이 용이하게 되고, 따라서 코팅 박리현상의 위험성을 최소화 하는 것이다. 다르게는 두 번째 타격은 도펀트 입자와 둥근 샷 핀 입자의 혼합물을 사용하여 수행될 수 있다. 모난 연마제 그리트로부터 둥근 샷 핀 입자로의 전환은, 두 번째 공정이, 연마제 침식에 의해 좌우되지 않고 두꺼운 코팅이 코블라스트 프라이머 층에 의해 금속 표면에 고정되어 생성될 수 있도록 한다. 이 두 번째 타격은 코블라스트 처리에 사용되는 것과 같은 장치를 사용하여 수행될 수 있으며 또는 두 번째 세트의 장치를 포함할 수 있다. 세 번째 대안에서, 두 번째 타격은 저온 분무 공정에서의 높은 온도 또는 높은 속도의 사용 없이 보다 두꺼운 코팅이 생성되도록, 임의의 추가적인 물질 없이, 도펀트를 코블라스트 처리된 표면으로 단순히 분사하는 것을 수반할 수 있다. 이는 미세분사 공정이 이시카와에 의해 기재된 것과 비슷함을 보여준다. 임의의 두 번째 타격 단계에 사용된 도펀트는 코블라스트 처리에서 사용된 도펀트와 동일할 수 있거나 또는 코블라스트 도펀트 물질과 다를 수 있다. 각각의 경우, 코블라스트 층은 어떠한 산화물 경계부 없이 금속에 상부 코팅을 직접 결합시켜 두 번째 코팅의 접착을 증가시키도록 작용할 것이다. 바람직한 방법에서, 상부 코팅은, 코팅을 가교결합, 용융, 밀집화 또는 경화시키기 위해 열, 레이저, 전자빔 또는 다른 고 에너지 방법을 사용하여 추가로 가공될 수 있다. 이는 또한 상부 층을 코블라스트 프라이머 층과 융합시켜 상부 코팅을 금속 기판에 직접적으로 화학 결합시킨다.

타격 공정의 사용 대신, 두 번째 표면 처리는 페인팅, 스퍼터링, CVD, 플라즈마 증착법, 이온 도금, PVD, 이온 빔을 이용한 증착법, 전자빔 PVD, 음극 방전 증착법, 마그네트론 스퍼터링, 진공 증발법, 레이저를 이용한 증착법, PECVD, 전자도금, 분무법, HVOF, 분말 코팅, 침지 코팅, 잉크젯 프린팅, 롤러 코팅, 리소그래피, 회전 코팅 또는 다른 기법들과 같은 전통적인 방법을 사용하여 추가될 수 있다. 각각의 경우, 도펀트의 초기의 층은, 어떠한 중간 산화물 층 없이 금속 기판에 직접적으로 상부 코팅이 결합되게 하는 프라이머로써 작용한다. 더 나아가, 상부 코팅의 경화 또는 가열은 기판과의 결합을 더욱 강화시킬 수 있다.

이 공정에서 사용할 수 있는 많은 종류의 도펀트들이 있다. 도펀트는 물질, 예컨대 폴리머, 금속, 세라믹(예컨대, 산화 금속, 질화 금속), 및 그들의 조합, 예컨대 이들 중 두 가지 또는 그 이상의 블렌드 등을 포함할 수 있다.

도펀트의 예시는, Ca₅(PO₄)₃OH, CaHPO₄·2H₂O, CaHPO₄, Ca₈H₂(PO₄)₆·5H₂O, α-Ca₃(PO₄)₂, β-Ca₃(PO₄)₂, 인산사칼슘, 베타인산칼슘, 또는 탄산염, 염화물, 플루오르화물, 규산염 또는 알루미늄 음이온, 양성자, 칼륨, 나트륨, 마그네슘, 바륨, 또는 스트론튬 양이온을 포함하는 임의의 변형된 인산칼슘을 포함하는 변형된 인산칼슘을 포함한다.

또 다른 도펀트는 티타니아(TiO₂), 히드록시아파타이트, 실리카, 탄산칼슘, 생체적합성 유리, 인산칼슘 유리, 탄소, 흑연, 그래핀, 키토산, 키틴, 티타늄산 바륨, 규조토 제올라이트와 인, 실리카, 알루미나, 지르코니아으로부터 선택된 적어도 하나의 구성 성분을 포함하는 제올라이트를 포함하는 제올라이트 (알루미노실리케이트)를 포함한다.

일 실시태양에서, 도펀트는 치료제이다. 치료제는 입자 그 자체로 전달될 수 있으며 또는 운반 물질에 고정되어 전달될 수 있다. 운반 물질의 예는 폴리머, 인산칼슘, 이산화 티타늄, 실리카, 생체고분자, 생체적합성 유리, 제올라이트, 탈염된 뼈, 탈-단백질화된 뼈, 동종이식 뼈, 및 이들의 복합적인 조합과 같은 여기에 기재된 어떠한 다른 도펀트 (치료제가 아닌 도펀트)도 포함한다.

치료제의 예시적 종류는 항암제, 소염제, 면역억제제, 항생제, 헤파린, 기능 단백질, 조절 단백질, 구조 단백질, 올리고-펩티드, 항원 펩티드, 핵산, 면역원, 및 그들의 조합을 포함한다.

일 실시태양으로, 치료제는 항혈전응고제, 항응고제, 항혈소판제, 혈전용해제, 항증식제, 소염제, 항유사분열제, 항미생물제, 재협착증을 방지하는 약제, 평활근 억제제, 항생제, 섬유소 분해제, 면역억제제 및 항-항원제 중에서 선택된다.

항암제의 예는, 아시비신, 아크라루비신, 아코다졸, 아크로니신, 아도젤레신, 알라노신, 알데스류킨, 알로퓨리놀 나트륨, 알트레타민, 아미노글루테티미드, 아모나피드, 암플리젠, 암사크린, 안드로젠, 안구이딘, 아피디콜린 글리시네이트, 아셀리, 아스파라기나아제, 5-아자시티딘, 아자티오프린, 바실러스 칼멧-게량 (BCG), 베이커스 안티폴 (용해성), 베타-2'-데옥시티오구아노신, 비잔트렌 HCl, 블레오마이신 술페이트, 부설판, 부티오딘 술폭시민, BWA 773U82, BW 502U83.HCl, BW 7U85 메실레이트, 세라세마이드, 카베타이머, 카보플라틴, 카무스틴, 클로람부실, 클로로퀴녹살린-술폰아마이드, 클로로조토신, 크로모마이신 A3, 시스플라틴, 클라드리빈, 코티코스테로이드, 코리네박테리움 파븀, CPT-11, 크리스나톨, 시클로시티딘, 시클로포스파마이드, 시타라빈, 시템베나, 데이비스 말레에이트, 다카바진, 닥티노마이신, 다우노루비신 HCl, 데아자우리딘, 덱스라족산, 다이언하이드로갈락시톨, 다이아지퀴온, 다이브로모둘시톨, 다이뎀닌 B, 다이에틸다이티오카바메이트, 다이글리코알데하이드, 다이하이드로-5-아자시티딘, 독소루비신, 에치노마이신, 에다트렉세이트, 에델포신, 에플로니틴, 엘리오트(Elliott's) 용액, 엘사미트루신, 에피루비신, 에소루비신, 에스트라무스틴 포스페이트, 에스트로겐, 에타니다졸, 에티오포스, 에토포시드, 파드라졸, 파자라빈, 펜레티나이드, 필그라스팀, 피나스테라이드, 플라본 아세트산, 플록스우리딘, 플루다라빈 포스페이트, 5-플루오로우라실, 플루오졸.RTM.(Fluosol.RTM.), 플루타미드, 질산갈륨, 젬시타빈, 고세렐린 아세테이트, 헵술팜, 헥사메틸렌 비스아세트아마이드, 호모해링토닌, 황산 히드라진, 4-히드록시안드로스테네디온, 히드로지우레아, 이다루비신 HCl, 이포스파미드, 인터페론 알파, 인터페론 베타, 인터페론 감마, 인터류킨-1 알파와 베타, 인터류킨-3, 인터류킨-4, 인터류킨-6, 4-이포민올, 이프로플라틴, 이소트레티노인, 류코보린 칼슘, 류프롤리드 아세테이트, 레바미솔, 리포조말 다우노루비신, 리포좀으로 캡슐화된 독소루비신, 로무스틴, 로니다민, 마이탄신, 메클로르에타민 히드로클로라이드, 멜팔란, 미노가릴, 메바론, 6-머캅토퓨린, 메스나, 메탄올로 추출한 바실러스 칼멧-게량의 잔여물, 메토트렉세이트, N-메틸포름아마이드, 미페프리스톤, 마이토구아존, 마이토마이신-C, 마이토탄, 마이톡산트론 염화수소, 단핵구/대식세포 콜로니 자극인자, 나빌론, 나폭시딘, 네오카지노스타틴, 옥트레오티드 아세테이트, 오마플라틴, 옥살리플라틴, 팩클리탁셀, 팔라, 펜토스타틴, 피페라진디온, 피포브로만, 피라루비신, 피리트렉심, 피록산트론 히드로클로라이드, PIXY-321, 플리카마이신, 포르피머 나트륨, 프레드니무스틴, 프로카바진, 프로게스틴, 파이라조퓨린, 라족산, 사그라모스팀, 세무스틴, 스파이로게르마늄, 스파이로무스틴, 스트렙토니그린, 스트렙토조신, 술로페눌, 수라민 나트륨, 타목시펜, 탁소테르, 테가풀, 테니포시드, 테레프탈라미딘, 테록시론, 티오구아닌, 티오테파, 티미딘 주입법, 티아조퓨린, 토포테칸, 토레미펜, 트레티노인, 트리플루오페라진 히드로클로라이드, 트리플루리딘, 트리메트렉세이트, 종양 괴사 인자, 우라실 머스타드, 황산 빈블라스틴, 황산 빈크리스틴, 빈데신, 비노렐빈, 빈졸리딘, 요시(Yoshi) 864, 조루비신 및 이들의 조합을 포함한다.

치료제의 예로, 면역원, 예컨대 바이러스 항원, 박테리아 항원, 균류 항원, 기생충 항원, 암 항원, 암 항원의 펩티드 조각, 메타 정적 특이적인 항원(meta static specific antigens), 수동적 또는 능동적인 백신, 합성된 백신 또는 서브유닛 백신을 포함한다. 도펀트는 단백질, 예컨대 효소, 항원, 성장 인자, 호르몬, 시토킨 또는 세포 표면 단백질일 수 있다.

도펀트는 약학 조성물, 예컨대 항-종양제, 항-박테리아제, 항-기생충제, 항-진균제, 진통제, 소염제, 화학요법제, 항생제 또는 그들의 조합일 수 있다.

도펀트는 또한 성장 인자, 호르몬, 면역원, 단백질 또는 약 전달 시스템의 한 부분인 약학 조성물, 예컨대, 제올라이트나 폴리머 매트릭스, 생체적합성 유리 또는 자연적인 다공성의 아피트 판, 예컨대 코랄린 HA, 탈염된 뼈, 탈단백질된 뼈, 동종이식 뼈, 콜라겐 또는 키틴에 고정된 것일 수 있다.

일 실시태양에서, 도펀트는, 비-스테로이드성 소염제, COX-2 억제제, 글루코코르티코이드와 그들의 혼합물에서 선택된 소염제이다. 비-스테로이드성 소염제는 아스피린, 디클로페낙, 인도메타신, 설린닥, 케토프로펜, 플루르비프로펜, 이부프로펜, 나프록센, 피록시캄, 테녹시캄, 톨메틴, 케토롤락, 옥사프로신, 메페남산, 페노프로펜, 남부메톤, 아세트아미노펜과 그들의 혼합물을 포함한다. COX-2 억제제의 예로 니메설리드, NS-398, 플로설리드, L-745337, 셀레콕십, 로페콕십, SC-57666, DuP-697, 파레콕십 나트륨, JTE-522, 발데콕십, SC-58125, 에토리콕십, RS-57067, L-748780, L-761066, APHS, 에토돌락, 멜록시캄, S-2474와 그들의 혼합물을 포함한다. 글루코코르티코이드의 예로 히드로코티존, 코티존, 프레드니존, 프레드니졸론, 메틸프리드니졸론, 메프레드니존, 트리암시놀론, 파라메타존, 플루프레드니졸론, 베타메타존, 덱사메타존, 플루드로코티존, 데스옥시코르티코스테론과 그들의 혼합물을 포함한다.

다른 치료제의 예로 일반적인 세포 주기 억제제, 아폽토시스-유도제, 자연 물질, 예컨대 빈카 알칼로이드(예컨대, 빈블라스틴, 빈크리스틴 및 비노렐빈), 팩클리탁셀, 콜히친, 에피디포도필로톡신(예컨대, 에토포시드, 테니포시드), 효소(예컨대, 전신적으로 L-아스파라긴을 대사하고 세포가 자신의 아스파라긴을 합성할 수 있는 능력이 없도록 하는, L-아스파라기나아제)를 포함하는 항증식/항유사분열제; 항혈소판제, 예컨대 G(GP) IIb/IIIa 억제제, GP-IIa 억제제 및 비트로넥틴 수용체 길항제; 항증식/항유사분열 알킬화제, 예컨대 질소 머스타트(메클로르에타민, 시클로포스파마이드와 유사체, 멜팔란, 클로람부실), 에틸렌이민, 및 메틸멜라민(헥사메틸멜라민 및 티오테파), 알킬 설포네이트-부설판, 나이트로소우레아(카무스틴(BCNU) 및 유사체, 스트렙토조신), 트라이아젠-다카바진(DTIC); 항증식/항유사분열 대사길항물질, 예컨대 엽산 유사체(메토트렉세이트), 피리미딘 유사체(플루오로우라실, 플록스우리딘 및 시타라빈), 퓨린 유사체 및 관련된 억제제 (머캅토퓨린, 티오구아닌, 펜토스타틴 및 2-클로로데옥시아데노신(클라드리빈)); 백금 배위결합 착물(시스플라틴, 카보플라틴), 프로카바진, 히드록시우레아, 마이토탄, 아미노글루테티미드; 호르몬(예컨대 에스트로겐); 항응고제(헤파린, 합성 헤파린 염 및 다른 트롬빈 억제제); 섬유소 분해제(예컨대 조직 플라스미노겐 활성제, 스트렙토키나아제 및 유로키나아제), 아스피린, 다이피리다몰, 티클로피딘, 클로피도그렐, 압식시맙; 이동 억제제; 항분비제 (브레벨딘); 소염제: 예컨대 아드레노코티칼 스테로이드(코티졸, 코티존, 플루오로코티존, 프레드니존, 프레드니졸론, 6α-메틸프레드니졸론, 트리암시놀론, 베타메타존 및 덱사메타존), 비-스테로이드제(살리실산 유도체 예컨대, 아스피린; 파라-아미노페놀 유도체, 예컨대 아세토미노펜; 인돌 및 인덴 아세트산(인도메타신, 설린닥 및 에토달락), 헤테로아릴 아세트산(톨메틴, 디클로페낙 및 케토롤락), 아릴프로피온산(이부프로펜 및 유도체), 안트라닐산(메페남산, 및 메클로페남산), 엔올산(피록시캄, 테녹시캄, 페닐부타존, 및 옥시펜타트라존), 나부메톤, 금 화합물(아우라노핀, 아우로티오글루코오스, 티오말산 금 나트륨); 면역억제제: (시클로스포린, 타크롤리무스(FK-506), 시롤리무스(라파마이신), 아자티오프린, 마이코페놀레이트 모페틸); 항원제; 혈관 내피세포 성장 인자(VEGF), 섬유아세포 성장 인자 (FGF); 안지오텐신 수용체 차단체; 산화질소 공여제; 안티센스(anti-sense) 올리고 뉴클레오티드 및 그들의 조합; 세포 주기 억제제, mTOR 억제제, 및 성장 인자 수용체 신호 변형 키나아제 억제제; 레티노이드; 사이클린/CDK 억제제; HMG 보조효소 환원효소 억제제(스타틴); 및 프로테아제 억제제(매트릭스 프로테아제 억제제)가 있다.

일 실시태양에서, 도펀트는, 토브라마이신, 반코마이신, 젠타미신, 암피실린, 페니실린, 세팔로스포린 C, 세팔렉신, 세파클로, 세파만돌 및 시프로플록사신, 닥티노마이신, 액티노마이신 D, 다우노루비신, 독소루비신, 이다루비신, 페니실린, 세팔로스포린, 및 퀴놀론, 안트라사이클린, 마이톡산트론, 블레오마이신, 플리카마이신(미트라마이신), 마이토마이신, 폴리케티드 항생세, 예컨대 테트라사이클린 및 그들의 혼합물로부터 선택된 항생제이다.

일 실시태양에서, 도펀트는, 알부민, 카세인, 젤라틴, 리소심(lysosime), 피브로넥틴, 피브린, 키토산, 폴리리신, 폴리알라닌, 폴리시스테인, 골 형태발생 단백질(BMP), 표피 성장인자(EGF), 섬유아세포 성장 인자(bFGF), 신경 성장 인자(NGF), 골 유래 성장인자(BDGF), 형질 전이 성장 인자-.베타.1(TGF-.beta.1), 형질 전이 성장 인자-.베타.(TGF-.beta.), 트리-펩티드 아르기닌-글리신-아스파르트산(RGD), 비타민 D3, 덱사메타존 및 인간 성장 호르몬(hGH), 표피 성장 인자, 형질 전이 성장인자 α, 형질 전이 성장인자 β, 백시니아 성장 인자(vaccinia growth factors), 섬유아세포 성장 인자, 인슐린-유사 성장 인자, 혈소판 유래 성장 인자, 연골 유래 성장 인자, 인터류킨-2, 신경 세포 성장 인자, 조혈 모세포 성장 인자, 림프구 성장 인자, 골 형태발생 단백질, 골형성 인자, 연골형성 인자, 및 그들의 혼합물로부터 선택된 단백질이다.

일 실시태양에서, 도펀트는, 재조합된 헤파린, 헤파린 유도체 및 헤파린 유사체 또는 그들의 조합에서 선택된 헤파린이다. 일 실시태양에서, 도펀트는, 예컨대 살균성 올리고-펩티드이다. 일 실시태양에서, 도펀트는 골 형성 또는 골 유도 인자이다.

일 실시태양에서, 도펀트는 면역억제제, 예컨대 시클로스포린, 라파마이신 및 타크롤리무스(FK-506), 조막스(ZoMaxx), 에베롤리무스, 에토포시드, 미톡산트론, 아자티오프린, 바실릭시맙, 다클리주맙, 레플루노미드, 림프구 면역 글로불린, 메토트렉세이트, 무로모납-CD3, 마이코페놀레이트, 및 탈리도마이드이다.

일 실시태양에서, 운반 물질은 폴리머, 예컨대 폴리우레탄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, PLLA-폴리-글리콜산(PGA) 공중합체(PLGA), 폴리카프로락톤, 폴리-(히드록시부티레이트/히드록시발레레이트) 공중합체, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(2-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(에테르우레탄 우레아), 실리콘, 아크릴, 에폭사이드, 폴리에스테르, 우레탄, 팔렌(parlenes), 폴리포스파젠 폴리머, 플루오로폴리머, 폴리아미드, 폴리올레핀, 및 그들의 공중합체 및 블렌드이다.

일 실시태양에서, 운반 물질은, 폴리사카라이드, 젤라틴, 콜라겐, 알기네이트, 히알루론산, 알긴산, 카라기난, 콘드로이틴, 펙틴, 키토산, 및 그들의 유도체, 블렌드 및 공중합체로부터 선택된 생체고분자이다.

일 실시태양에서, 도펀트는 라디오 불투명 물질로, 예컨대 알칼리 토금속, 전이 금속, 희토류 금속, 및 그들의 산화물, 황산염, 인산염, 폴리머 및 조합물에서 선택된 것이다.

일 실시태양에서, 도펀트는 표면의 방출, 흡수 또는 반사를 변경하도록 설계된 도료이다. 침착된 도료는 온도 조절 표면의 일부를 구성할 수 있다.

일 실시태양에서, 침착된 도펀트를 포함하는 표면은 전기 전도성일 수 있다. 이 전도도는 표면에서 정전기의 발생을 막기에 충분할 수 있다.

일 실시태양에서, 도펀트는 접착제나 페인트 내에 존재하는 구성요소이다. 이 구성요소는 경화될 때 접착제나 페인트에 결합함으로써 기판에 상부층을 화학적 결합시킬 수 있다. 이러한 구성요소의 예는 단량체, 예비-폴리머, 도료, 실란, 실리카 또는 점토와 같은 필러를 포함한다. 도펀트는 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 유도체를 포함하여 융합 결합된 에폭시일 수 있다. 도펀트는 에폭시 예비폴리머일 수 있고, 또는 비스페놀 A, 비스페놀 F, 노보락(Novolac), 글리시딜아민 에폭시 레진 또는 지방족 에폭시 레진에서 유래될 수 있다. 구성요소는 첨가물, 예컨대 촉진제, 부식 억제제, 접착 증진제, 난연제, 또는 진균제일 수 있다. 본 방법에서 사용될 수 있는 일반적인 부식-억제 도펀트 종류는 크로뮴산염, 인산염, 폴리머, 산화물 또는 질화물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 예컨대, 도펀트는 세리아일 수 있다. 바람직한 실험에서, 코팅은 인산염 화합물로부터 유도된다. 인산염은 인산철, 인산망가니즈, 인산아연 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 이와는 별개로, 또는 더불어, 프라이머-형성 도펀트 종류는 실란, 실록산, 아크릴레이트, 에폭시, 수소 결합된 규소 화합물 또는 하나 또는 그 이상의 비닐, 퍼옥시에스테르, 퍼옥사이드, 아세테이트 또는 카복실레이트 작용기를 포함하는 물질을 포함할 수 있다.

본 방법에서 (첫 번째와 실질적으로 동시에 전달되는 두 번째 세트의 입자로서) 사용될 수 있는 연마제 종류는 실리카, 모래, 알루미나, 지르코니아, 티타늄산 바륨, 티타늄산 칼슘, 티타늄산 나트륨, 산화 티타늄, 유리, 생체적합성 유리, 다이아몬드, 탄화규소, 탄화붕소, 드라이아이스, 질화붕소, 소결된 인산칼슘, 탄산칼슘, 금속성 분말, 탄소 섬유 복합재, 폴리머 복합재, 티타늄, 스테인레스 강, 경화 강, 탄소강 크로뮴 합금 또는 그들의 어떠한 조합으로부터 생성되는 샷 또는 그리트를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 연마제는 도펀트와 다른 물질이도록 선택되어 진다.

본 기술을 사용하여 처리될 수 있는 기판의 예는, 금속과 금속간 화합물, 예컨대 이들 금속은, 순수한 금속, 금속 합금, 하나 또는 여러개의 상태를 포함하는 금속간 물질, 비정형 상태를 가지는 금속간 물질, 하나의 결정질 상태를 포함하는 금속간 물질과 폴리-결정질 상태를 포함하는 금속간 물질로부터 선택된 금속을 포함한다. 금속의 예는 티타늄, 티타늄 합금(예컨대, NiTi 또는 니티놀), 철 합금, 스테인레스 강 및 스테인레스 강 합금, 탄소강, 탄소강 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 니켈, 니켈 합금, 니켈 티타늄 합금, 탄탈륨, 탄탈륨 합금, 니오븀, 니오븀 합금, 크로뮴, 크로뮴 합금, 코발트, 코발트 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금, 구리 및 구리 합금, 귀금속 및 귀금속 합금을 포함한다.

일 실시태양에서, 기판은 이식가능한 의료용 기구이다. 의료용 기구의 예는 카테터, 유도 와이어, 스텐트, 치아 임플란트, 맥발생기, 이식가능한 정형외과, 척추 및 상악부위(maxillofacial) 기구, 달팽이관 임플란트, 바늘, 기계적인 심장 판막(mechanical heart valves) 및 병리학적인 석회화의 제거에 사용되는 바스켓을 포함한다. 생체 의료용 기구의 경우에는, 표면의 연마제 자체의 함침의 정도가 최소화되는 것이 요구된다. 연마제는 어느 정도의 함침이 일어나게 되기 쉬우므로 더 생체적합성이어야 한다.

일 실시태양에서, 기판은 운송수단의 구성요소일 수 있으며, 자동차 차대, 몸체 또는 패널 구성요소, 또는 항공 수단, 위성, 추진체 또는 우주선의 구성요소, 또는 배 또는 보트의 구성요소, 특히 외부 선체를 포함한다. 일 실시태양에서, 기판은 엔진 또는 배출구를 포함하는 엔진 구성요소이다.

기판은, 통신 기반장비, 우주 및 방위, 자동차, 휴대전화 및 가전제품, 및 최첨단 디지털 시장에서의 응용제품의 사용하기 위한 구성요소를 포함하며 전자 구성요소일 수 있다. 전자 구성요소는 회로 기판, 케이스, 하우징, 스위치, 단자, 보호 장치, 변환기, 축전기, 저항기, 열 교환기, 안테나, 휴먼 인터페이스(human interface), 절연체, 열 조절 표면, 전원 공급장치 또는 디스플레이 구성요소를 포함할 수 있다.

일 실시태양에서, 기판은, 예컨대 플라스틱, 실리콘, 고무, 복합재, 폴리머, 점토, 유리, 금속 또는 세라믹 물질의 제조에 사용된 것과 같은 몰드이다. 도펀트는 몰드로부터 성형된 부분의 배출을 돕도록 선택될 수 있으며, 도펀트는 플루오로폴리머 또는 실리콘 물질을 포함할 수 있다.

일 실시태양에서, 기판은 관, 튜브 또는 저장 용기, 특히 석유화학, 수상의, 제약의, 화학의, 생명공학의 또는 식음료 산업에서 사용되는 것일 수 있다. 침착된 도펀트는 용기의 내부의 물질의 축적 또는 오염을 최소화하도록 선택될 수 있다.

도펀트와 연마제는 바람직하게는 서로 혼합되어 표면에 분사된다. 분사는 휠 연마 장치 또는 유체 기반 분사 장치에 의해 수행될 수 있다. 유체 분사가 수행되는 곳에서, 유체는 가스 또는 액체, 예컨대 물일 수 있다. 적합한 가스는 공기, 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 또는 그들의 혼합물을 포함한다. 연소되기 쉬운 또는 폭발성 매체를 사용할 경우, 유체는 물을 포함할 수 있거나 또는 대체로 비활성 기체로 구성될 수 있다.

실시예 1

알루미늄 시료는 균일한 12 마이크로미터 두께의 금속성 Ni 층을 형성하기 위해 전해적으로 도금된다. 이 표면은 알루미나를 연마제로, 인산칼슘을 도펀트로 사용하여 코블라스트 표면 처리가 수행되어진다. 분말은 미리 혼합되어 표면에 분사된다. 도 4의 광학 현미경사진에서 및 도 5의 EDX 분석에서 볼 수 있듯이, 코블라스트 처리 후에, 니켈은 기판의 표면위에 여전히 존재하며, 이는 기판 표면으로부터 12 마이크로미터보다 작은 부식이 있었음을 가르킨다. 더불어, EDX는 추가적인 원소들의 존재가 표면으로 함침된 인산칼슘 도펀트의 존재 때문임을 보여준다. 도 4의 광학 현미경사진의 근접 관찰은 모든 니켈 도금이 코블라스트 처리동안 제거되지 않음을 보여준다. 다만, 코블라스트동안 표면으로부터 일부 니켈의 제거가 있음을 단면 분석을 통해 알 수 있다. 제거 비율이 균일하지 않음에도 불구하고, 일반적으로 2 - 10 마이크로미터의 금속이 제거된다. 기판의 전체 두께는 임의의 금속의 제거가 도펀트 물질의 침착에 의해 상쇄됨에 따라 현저하게 변화하지 않는다. 또한, 코블라스트 처리된 표면은 처리되지 않은 니켈 표면보다 조면화됨은 자명하다.

실시예 2

150 마이크로미터 알루미나 연마제는 인산칼슘(히드록시아파타이트 또는 HA, 20 - 65 마이크로미터 평균 입자 크기)와 함께 혼합되며, 일련의 2 등급 티타늄 절편에 분사된다. 타격하는 입자의 속도는 170 - 195 m/sec으로 다양하다. 이어 시료는 세정되고, SEM을 이용하여 검사된다. 각각의 경우, 표면은 높은 농도의 칼슘과 인이 포함되어 있는 것이 발견되며, 이는 인산칼슘이 각각의 경우에 침착되어 있음을 확인한다. 시료는 또한 XRD 분석이 수행된다. 각각의 경우, 분석은 티타늄과 인산칼슘 침착물과 관련된 피크만 검출한다. HA(211) 피크의 세기 대 Ti(101) 피크의 세기의 비율의 분석은 모든 시료에 대해 거의 동일한 신호를 보인다.

침착된 물질의 접착력은 ASTM F1147에 기초한 시험 방법을 사용하여 측정된다. 이는 침착물의 접착력이 접착제의 실패 값인 58 MPa를 초과하는지를 검사한다.

이 실험은 반복되지만 모난 알루미나 연마제를 사용하는 대신에, 인산칼슘이 5 등급 티타늄으로부터 만들어진 둥근 샷 피닝 입자와 혼합된다. 현저하게 적은 물질이 존재하는 것으로 보임에도 불구하고, 초기 SEM 분석은 표면 위의 인산칼슘을 검출했다. 이는 XRD 분석에 의해 확인되었다. HA(211) 피크의 세기 대 Ti(101) 피크의 세기의 비율의 비교는 알루미나 연마제를 사용하여 얻어진 결과로부터 현저한 차이를 보여준다. Ti 피크는 샷 핀 시료로부터 얻어진 스펙트럼에서 현저하게 더 두드러졌으며, HA 피크에 비해 3 - 4배 더 강한 것으로 밝혀졌으며, 구형의 샷 핀 매개체를 사용할 때 현저하게 적은 인산칼슘 물질이 침착되는 것을 확인한다.

샷 핀 시료에 대해 측정된 최대의 접착력 또한 측정되며 25 MPa의 평균값이 기록되었다. 이는 연마제를 이용한 시료 침착에서 측정된 값보다 현저하게 낮은 것으로, 따라서 연마제 분사에 의해 생성된 시료는 화학적으로 결합된 물질로부터 예상되듯이 기판에 더욱 강한 접착 결합을 가지는 것을 확인한다.

데이터는 연마제 매체를 사용한 세라믹 도펀트의 침착은 저온 분무 공정에서 사용되는 것보다 낮은 속도에서 얻어질 수 있으며 타격 입자의 형태구조가 중요하다는 것을 확인한다. 거칠고, 불규칙한 형태구조의 연마제 입자는 구형의 샷 핀 타격 입자로부터 얻을 수 있는 것보다 더 높은 로딩으로 도펀트의 침착을 도울 수 있다. 더욱이, 연마제 입자는 기판에의 도펀트의 접착을 증가시킨다.

실시예 3

일련의 1 mm 두께의 5 등급 티타늄 시료는 100 마이크로미터 알루미나 연마제와 히드록시아파타이트(25 - 60 마이크로미터 입자 분포)의 50:50 혼합물 및 41 mm의 타격 높이를 사용하여 연마제 타격을 수행하였다. 입자 이미지 속도 측정법 (PIV, Particle image velocimetry)은 타격 입자의 속도를 정량화하는데 사용된다. 시료는 다양한 입자 속도에서 타격이 수행되며, 분사된 기판의 표면은 탈이온수가 차 있는 초음파 수조에서 5 분간 세정이 수행된다. 시료는 공기 건조된 다음 SEM-EDX를 사용하여 분석된다. 탄소 및 산소와 같은 가벼운 원소로부터 발생한 신호들은 측정되지 않고, 대신에 분석은 Ca, P 및 Ti의 무거운 원소에 집중한다.

100 m/sec보다 낮은 속도에서, 티타늄 절편의 표면에서 최소한의 히드록시아파타이트가 검출되었다. 100 m/sec보다 높은 속도에서, 금속에 상당한 히드록시아파타이트 로딩이 있었다. 115 m/sec의 속도에서 분사된 시료는 칼슘과 인의 합의 평균 로딩값이 29 %이고, 물질의 나머지는 티타늄을 포함한다. SEM 이미지 분석은 표면 위의 현저한 물질 로딩을 검출했다. 속도를 추가로 194 m/sec로 올리면 로딩량이 현저하게 높은 46 % 칼슘 + 인이고, 나머지는 티타늄을 포함한다.

실시예 4

폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)는 질량비로 50:50의 블렌드의 <50 μm와 <90 μm 알루미나를 사용하여 상온에서 고탄성의 NiTi 와이어 위로 침착된다. 코블라스트 코팅된 와이어는 PTFE에 의해서만 처리된 와이어와 비교된다. 코팅된 시료는 다양한 기법: 현미경, 표면 조도, 마모도 시험, 및 굴곡도 시험에 의해 검사되고, 이들에 대한 결과는 도 6에 보여진다. 코블라스트 코팅된 시료(도 6의 시료 (b) 및 (c))는 PTFE로만 코팅된 시료(도 6의 시료 (a))에 비해 현저한 내마모성을 가진 접착성 코팅을 가진다. 본 연구는 코블라스트 공정이 고탄성 NiTi 표면위로 PTFE의 얇은 접착성 코팅을 침착시키는데 성공적으로 사용될 수 있음을 보여준다.

Claims (36)

1. 표면을 50 - 250 m/sec의 범위의 속도로 전달된 연마제 입자와 도펀트 입자의 혼합물로 동시에 타격하고, 이에 의해 표면에 도펀트 물질을 침착시키는, 금속 표면 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 입자는 100 - 200 m/sec의 범위의 속도로 전달되는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 입자는 120 - 180 m/sec의 범위의 속도로 전달되는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상온에서 수행되는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마제 입자는 불규칙하거나 모난 형태구조를 가지는 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트는 어떠한 중간 산화물 층 없이 금속 표면에 직접적으로 화학 결합하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 입자가 금속 표면에서 서로 응집되는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마제는 모스 경도 스케일에서 6.0 초과의 경도를 가지는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 연마제는 모스 경도 스케일에서 8.0 이상의 경도를 가지는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마제는 모스 경도 스케일에서 도펀트보다 적어도 2 단계 높은 경도를 가지는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 연마제는 모스 경도 스케일에서 도펀트보다 적어도 3 단계 높은 경도를 가지는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트는 폴리머이며, 상기 연마제는 5 - 5,000 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 연마제는 5 - 1,500 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 연마제는 10 - 150 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 도펀트는 폴리머이며, 상기 연마제는 150 - 1,500 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 연마제는 250 - 1,000 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 연마제는 350 - 750 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
18. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트는 폴리머이며, 상기 연마제는 300 마이크로미터보다 큰 평균 입자 크기를 가지는 방법.
19. 제 12항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 60 중량 %를 구성하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 70 중량 %를 구성하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 연마제는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 80 중량 %를 구성하는 방법.
22. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트는 비-폴리머 물질이며, 상기 연마제는 500 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 가지는 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 연마제는 200 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 가지는 방법.
24. 제23항에 있어서, 상기 연마제는 150 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기를 가지는 방법.
25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 20 중량 %를 구성하는 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 25 중량 %를 구성하는 방법.
27. 제26항에 있어서, 상기 도펀트는 연마제와 도펀트 입자의 혼합물의 적어도 40 중량 %를 구성하는 방법.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 입자는 1 - 100 마이크로미터의 범위의 평균 입자 크기를 가지는 방법.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 10 마이크로미터보다 작은 도펀트 물질이 표면에 침착되는 방법.
30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 입자의 적어도 일부가 금속 표면으로 침투하여 금속에 물리적으로 함침되어 남아있는 방법.
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 침착된 도펀트 물질의 상부에 추가적인 코팅을 적용하는 것을 더 포함하는 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 추가적인 코팅은 저온 분무, 핀 도금 또는 미세분사로부터 선택된 타격 기법을 통해 적용되는 방법.
33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 처리된 표면을 포함하는 물품.
34. 표면이
    이식가능한 의료용 기구;
    수상 또는 육상의 운송수단;
    항공 수단, 위성, 추진체 또는 우주선;
    전자 장치 또는 구성요소;
    몰드; 또는
    관, 튜브 또는 저장 용기;
    의 적어도 일 부분인, 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 기재된 방법 또는 제33항에 기재된 물품.
35. 첨부된 도면의 임의의 조합으로 예시되는 및 이를 참조하여 본 명세서에 설명된 바와 실질적으로 동일한 표면을 처리하는 방법.
36. 첨부된 도면의 임의의 조합으로 예시되는 및 이를 참조하여 본 명세서에 설명된 바와 실질적으로 동일하게 처리된 표면을 포함하는 물품.

Images