[go: up one dir, main page]

RU178742U1 - Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов - Google Patents

Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов Download PDF

Info

Publication number
RU178742U1
RU178742U1 RU2017119680U RU2017119680U RU178742U1 RU 178742 U1 RU178742 U1 RU 178742U1 RU 2017119680 U RU2017119680 U RU 2017119680U RU 2017119680 U RU2017119680 U RU 2017119680U RU 178742 U1 RU178742 U1 RU 178742U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal oxidation
induction
acetabular
protective casing
heating
Prior art date
Application number
RU2017119680U
Other languages
English (en)
Inventor
Иван Святославович Егоров
Александр Александрович Фомин
Игорь Владимирович Родионов
Владимир Александрович Кошуро
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2017119680U priority Critical patent/RU178742U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU178742U1 publication Critical patent/RU178742U1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10Oxidising
    • C23C8/16Oxidising using oxygen-containing compounds, e.g. water, carbon dioxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к электрооборудованию для термического оксидирования титановых изделий медицинского назначения, а именно вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов. В устройстве для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов, включающем систему нагрева и охлаждения в виде спирального индукционного нагревателя с полостью для циркуляции воды, а также защитный кожух, согласно новому техническому решению, индукционный нагреватель частично повторяет полусферическую форму вертлужного компонента, имеет вертикальную ось и горизонтальное расположение витков, защитный кожух закрепляется на системе нагрева и охлаждения посредством фиксирующих винтов, кроме того в нижней части защитного кожуха имеется керамический опорный винт с коническим отверстием, на котором размещается деталь. Технический результат полезной модели состоит в разработке конструкции электротермического устройства, позволяющей эффективно проводить индукционно-термическое оксидирование металлических вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов. 2 фиг.

Description

Полезная модель относится к электрооборудованию для термического оксидирования титановых изделий медицинского назначения, а именно вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов.
В настоящее время для формирования на титановых внутрикостных имплантатах гетерогенной поверхности, характеризуемой наличием микро- и наноразмерных структурных элементов, используются следующие технологические процессы: обработка концентрированными потоками энергии, газотермическое напыление, электрохимическое и газотермическое оксидирование. Обработка концентрированными потоками энергии характеризуется высокой стоимостью оборудования. Физико-механическая сущность газотермического напыления обусловливает неоднородность структуры и свойств получаемых покрытий, наличие в них трещин и отслоений, что снижает функциональные качества поверхностного слоя изделий. Известные способы электрохимического оксидирования титана характеризуются значительной продолжительностью процесса или его технологической сложностью, а также токсичностью используемых веществ [Титановые сплавы в машиностроении / Чечулин Б.Б., Ушков С.С., Разуваева И.Н., Гольдфайн В.Н. // Л.: Машиностроение, 1977. - 248 с.]. Наиболее эффективны процессы термического оксидирования, среди которых выделяется метод индукционно-термического оксидирования [Fomin A. et al. Composition, structure and mechanical properties of the titanium surface after induction heat treatment followed by modification with hydroxyapatite nanoparticles // Ceramics international, 2016. T. 42. №9. P. 10838-10846], используемый также для модификации предварительно сформированных титановых пористых покрытий на имплантируемых конструкциях [Фомин А.А. Структура и микротвердость титановых покрытий на имплантатах после индукционно-термической обработки / Фомин А.А., Калита В.И., Кошуро В.А., Комлев Д.И., Фомина М.А., Егоров И.С., Родионов И.В., Радюк А.А., Иванников А.Ю., Аман А., Осеев А.Ю., Хирш З. // Перспективные материалы, 2016. №12. С. 25-37.]. В большинстве известных индукционных устройств оксидирования не предусмотрена техническая возможность для эффективного процесса оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного или плечевого суставов.
Известно устройство индуктора для поверхностной закалки изделий сложной конфигурации, содержащее приспособление для установки изделий, спрейер, магнитопровод, выполненный с «П»-образным пазом, токопровод в виде активного и пассивного элементов, при этом активный элемент выполнен в виде параллельно соединенных проводников. Один участок активного элемента выполнен со спрейерами с сетчатой поверхностью и контурами, повторяющими контур нагреваемой поверхности. Спрейеры установлены в пазу магнитопровода. Пассивный элемент расположен под активным участком со спрейерами в пазу магнитопровода, а приспособление для установки изделий выполнено с узлом регулировки зазора между изделием и спрейером [патент RU на изобретение №2034045 / Г.К. Кулев, Л.В. Ширяев // Индуктор для поверхностной закалки изделий сложной конфигурации. - 1995.]
Основными недостатками конструкции данного индуктора являются: сложность конструкции нагревательного устройства в целом, низкая эффективность нагрева, обусловленная формой индуктора.
Известно устройство индуктора для нагрева вращающихся деталей, содержащее два индуктора выполненных в виде удлиненных петель, стороны которых изогнуты по дуге окружности, а концевой участок отогнут в радиальном направлении во внутрь кольцевой зоны нагрева. В конструкции устройства предусмотрены также камера и электропривод для вращения детали [патент RU на изобретение №2101883 / А.Б. Кувалдин, А.Р. Лепешкин // Индуктор для нагрева вращающихся деталей. - 1998.].
Основными недостатками конструкции данного электротермического устройства являются: необходимость использования электропривода, а также необходимость отключения индуктора от источника питания при замене детали; использование неохлаждаемого индуктора, что ограничивает диапазон температур нагрева деталей.
Известно также устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов, включающее цилиндрическую камеру оксидирования, выполненную открытой с одной стороны для поступления окислительной среды в рабочий объем камеры и закрытой с другой противоположной стороны крышкой, системы нагрева и охлаждения. Цилиндрическая камера оксидирования выполнена с открытой стороны с присоединительным элементом для подвода газовой окислительной среды, с закрытой стороны имеет присоединительную втулку с наружной резьбой и завинчивающуюся крышку с внутренней резьбой, а системы нагрева и охлаждения камеры оксидирования выполнены в виде водоохлаждаемого спирального индукционного нагревателя, [патент RU на полезную модель №132802 / И.В. Родионов, А.А. Фомин, А.Б. Штейнгауэр // Устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов. - 2013.].
Недостатком конструкции данного электротермического устройства является отсутствие технической возможности, обеспечивающей равномерный прогрев вертлужных компонентов в процессе оксидирования.
Наиболее близким к предлагаемому устройству, по мнению авторов, является устройство, содержащее керамическую камеру оксидирования, на внешней поверхности которой размещен водоохлаждаемый индуктор, подключенный к источнику питания. Камера оксидирования повторяет геометрию изделия [патент RU на способ 2611617 №132802 / А.А. Фомин, М.А. Фомина, В.А. Кошуро, А.Б. Штейнгауэр, И.В. Родионов // Устройство для индукционнотермического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов - 2017.].
Основным недостатком конструкции данного электротермического устройства является отсутствие установочных элементов.
Задача полезной модели заключается в разработке конструктивно простого электротермического устройства, создающей техническую возможность для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов, что позволит эффективно формировать на поверхности данных изделий оксидные покрытия.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов, содержащем систему нагрева и охлаждения в виде спирального индукционного нагревателя с полостью для циркуляции воды, который частично повторяет полусферическую форму вертлужного компонента эндопротеза, имеет вертикальную ось, горизонтальное расположение витков и защитный кожух, согласно новому техническому решению, защитный кожух закреплен на спиральном индукционном нагревателе посредством фиксирующих винтов, при этом в нижней части защитного кожуха установлен керамических опорный винт с коническим отверстием для размещения на нем вертлужного компонента эндопротеза с воздушным зазором между внешней поверхностью упомянутого вертлужного компонента эндопротеза и внутренней поверхностью упомянутого спирального индукционного нагревателя.
Технический результат полезной модели состоит в разработке конструктивно простого электротермического устройства, позволяющей эффективно проводить индукционно-термическое оксидирование металлических вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов.
Описание конструкции.
Полезная модель поясняется графическими схемами, на которых представлены: конструкция устройства для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного или плечевого суставов (фиг. 1); распределение температуры по сечению вертлужного компонента при нагреве в предлагаемом устройстве, полученное в результате проведения моделирования методом конечных элементов, с учетом типовых конструктивных элементов поверхности (фиг. 2).
На фиг. 1, 2 позициями 1-8 обозначены: 1 - металлическое изделие (вертлужный компонент эндопротеза тазобедренного или плечевого суставов); 2 - керамический опорный винт с коническим отверстием 3; 4 - защитный кожух из непроводящего материала; 5 - система нагрева и охлаждения; 6 - спиральный индукционный нагреватель; 7 - полость для циркуляции воды; 8 - фиксирующие винты из непроводящего материала.
Защитный кожух 4 фиксируется на системе нагрева и охлаждения 5, представленной спиральным индукционным нагревателем 6 с полостью для циркуляции воды 7, посредством фиксирующих винтов 8. Причем индукционный нагреватель 6 частично повторяет полусферическую форму вертлужного компонента, имеет вертикальную ось и горизонтальное расположение витков, что позволяет упростить конструкция устройства в целом, за счет использования конструктивно простых креплений защитного кожуха 4 на индукционном нагревателе 6 фиксирующими винтами 8, а также фиксации изделия 1 на керамическом опорном винте 2, с коническим отверстием 3, расположенного в нижней части защитного кожуха 4. Причем внутренняя резьба в крепежных отверстиях кожуха 4 совпадает с наружной резьбой соответствующих винтов, а именно фиксирующих винтов 8 и керамического опорного винта 2 с коническим отверстием 3.
Устройство работает следующим образом. Изделие 1 размещают на керамическом опорном винте 2 с коническим отверстием 3. Опорный винт 3 регулируют таким образом, чтобы между внешней поверхностью детали 1 и внутренней поверхностью спирального индукционного нагревателя 6 с полостью для циркуляции воды 7, был равномерный зазор. Далее включают систему нагрева и охлаждения 5, что предусматривает постоянную циркуляцию воды через полость 7 спирального индукционного нагревателя 6 в виде металлической трубки. Затем на спиральный индукционный нагреватель 6 подают переменное напряжение от генератора (на чертеже не показан). Безопасность эксплуатации устройства обеспечивают наличием защитного кожуха 4 закрепленного на индукторе фиксирующими винтами 8. При включении системы нагрева и охлаждения 5, генерируемые с помощью спирального индукционного нагревателя 6 в детали 1 вихревые токи способствуют нагреву изделия до задаваемой температуры. В процессе нагрева в воздушной атмосфере происходит термическое окисление поверхности вертлужного компонента 1 и формирование оксидного покрытия с микро- и наноразмерными элементами структуры. При эксплуатации устройства, нагрев до заданной температуры оксидирования проводят по теплокинетическим зависимостям, полученным с применением бесконтактного пирометрического метода измерения температуры. По завершению процесса термического оксидирования производят отключение системы нагрева и охлаждения 5, затем извлекают вертлужный компонент из устройства индукционно-термического оксидирования.
Для подтверждения эффективности работы предложенного устройства индукционно-термического оксидирования было проведено моделирование процесса нагрева методом конечных элементов. При моделировании рассматривалась система «индуктор - титановый вертлужный компонент эндопротеза» и учитывались следующие исходные данные:
- индуктор с вертикальной осью имеет три горизонтальных витка разного диаметра и частично повторяет полусферическую форму вертлужного компонента в области формирования функционального покрытия;
- зазор между вертлужным компонентом и индуктором заполнен воздухом;
- на поверхности вертлужного компонента эндопротеза имеются типовые конструктивные элементы, а именно элементы крепления в костной ткани, представленные резьбой специального профиля;
- нагрев вертлужного компонента происходит при значении силы тока на индукторе I=500 А и частоте тока ƒ=80000 Гц [патент RU на изобретение №2611617 / А.А. Фомин, М.А. Фомина, В.А. Кошуро, А.Б. Штейнгауэр, И.В. Родионов // Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из титановых сплавов. - 2017.].
Согласно результатам моделирования, разница температур по сечению вертлужного компонента составляет не более 200°C (фиг. 2), что позволяет сделать вывод о достаточно высокой равномерности нагрева изделий, следовательно, будет формироваться равномерная оксидная пленка.
Предложенное устройство для индукционно-термического оксидирования металлических вертлужных компонентов эндопротезов тазобедренного и плечевого суставов характеризуется простотой конструктивного исполнения и эксплуатационной надежностью, позволяющими эффективно проводить процесс оксидирования.

Claims (1)

  1. Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов, содержащее систему нагрева и охлаждения в виде спирального индукционного нагревателя с полостью для циркуляции воды, который частично повторяет полусферическую форму вертлужного компонента эндопротеза, имеет вертикальную ось, горизонтальное расположение витков и защитный кожух, отличающееся тем, что защитный кожух закреплен на спиральном индукционном нагревателе посредством фиксирующих винтов, при этом в нижней части защитного кожуха установлен керамический опорный винт с коническим отверстием для размещения на нем вертлужного компонента эндопротеза с воздушным зазором между внешней поверхностью упомянутого вертлужного компонента эндопротеза и внутренней поверхностью упомянутого спирального индукционного нагревателя.
RU2017119680U 2017-06-05 2017-06-05 Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов RU178742U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119680U RU178742U1 (ru) 2017-06-05 2017-06-05 Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119680U RU178742U1 (ru) 2017-06-05 2017-06-05 Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU178742U1 true RU178742U1 (ru) 2018-04-18

Family

ID=61974828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119680U RU178742U1 (ru) 2017-06-05 2017-06-05 Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU178742U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228488U1 (ru) * 2023-07-24 2024-08-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для термической обработки титанового изделия с плазмонапыленным титановым покрытием

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170070A1 (en) * 2001-01-30 2005-08-04 Isotis S.A. Method for applying a bioactive coating on a medical device
RU132802U1 (ru) * 2013-04-09 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов
RU2604085C1 (ru) * 2015-10-08 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ формирования наноструктурированного биоинертного покрытия на титановых имплантатах
RU2611617C1 (ru) * 2015-10-08 2017-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из титановых сплавов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050170070A1 (en) * 2001-01-30 2005-08-04 Isotis S.A. Method for applying a bioactive coating on a medical device
RU132802U1 (ru) * 2013-04-09 2013-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов
RU2604085C1 (ru) * 2015-10-08 2016-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ формирования наноструктурированного биоинертного покрытия на титановых имплантатах
RU2611617C1 (ru) * 2015-10-08 2017-02-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Способ формирования оксидных покрытий на изделиях из титановых сплавов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU228488U1 (ru) * 2023-07-24 2024-08-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Устройство для термической обработки титанового изделия с плазмонапыленным титановым покрытием

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU132802U1 (ru) Устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов
CN101845616B (zh) 导体电爆炸等离子体基低能金属离子注入装置
Kim et al. A cold micro plasma jet device suitable for bio-medical applications
RU178742U1 (ru) Устройство для индукционно-термического оксидирования вертлужных компонентов эндопротезов
CN110074457A (zh) 一种能实现分段式加热的磁粒均热烟具
JP2025534120A (ja) 電子霧化装置
EP1036574A1 (en) Method and organisation of external heating of metallic elements and implants with the use of a magnetic field
JP2014189455A (ja) オゾン発生装置用電源及びオゾン発生装置
JP2009207900A (ja) 歯科用窯
TW200400556A (en) Discharge plasma processing system
HU226678B1 (en) Method for treatment of solidifying liquid metal, plasma generator, electrode for plasma generator
US20170087669A1 (en) Apparatus and method for producing and/or repairing in particular rotationally symmetrical components
RU180719U1 (ru) Устройство для индукционно-термического оксидирования малогабаритных титановых изделий
ES2683547T3 (es) Fuente de alimentación para calentador de gas por arco eléctrico
JP3933493B2 (ja) 加熱処理装置
Alontseva et al. Development of technology of microplasma spraying for the application of biocompatible coatings in the manufacture of medical implants
CN209960467U (zh) 过热水蒸气生成装置
RU2551045C1 (ru) Способ термообработки сварных соединений, полученных линейной сваркой трением
KR101217490B1 (ko) 스텐트의 유도 가열 방식에 의한 온열 치료 장치 및 스텐트 유도 가열 방법
JP2003297537A (ja) 過熱水蒸気発生装置
Fomin et al. Experimental data and numerical modelling of heating of titanium implants using high-frequency currents
CN203423819U (zh) 高频感应式预热炉
JP2025503401A (ja) 車両ホイールを加熱する方法及び装置
JP2010125235A (ja) 電磁誘導加熱調理器及び電磁誘導加熱容器
RU2525737C1 (ru) Способ изготовления внутрикостного стоматологического имплантата