ULTRAPASIVACIÓN DE UNA ALEACIÓN CON CONTENIDO DE CROMO.

Un procedimiento de tratamiento de un material de aleación con contenido de cromo que forma una capa superficial de óxido de metal de manera natural en la cual los componentes principales son el óxido de cobalto y el óxido de cromo,

de manera que se incrementa la razón atómica del cromo con respecto al cobalto en la pasivación de la capa superficial de óxido de forma que el valor de la razón atómica de Cr/Co sea al menos 3; comprendiendo el procedimiento la puesta en contacto de una superficie del material con un plasma que se deriva de un gas oxidante bajo condiciones efectivas para oxidar al menos una parte de la superficie de material y subsiguientemente la puesta en contacto de la superficie del material con un ácido

La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de una aleación con contenido de cromo. Dicha aleación podría utilizarse en articulaciones protésicas ortopédicas.

Los implantes protésicos de metal sobre metal (MOM) se conocen aproximadamente desde la década de 1960. Actualmente, el uso de implantes de metal sobre metal ha aumentado debido al hecho de que los sistemas MOM han mostrado históricamente menos desgaste en magnitudes superiores a dos ordenes que los sistemas de metal sobre polietileno (MOP). Sin embargo en el caso de los dispositivos MOM, todavía existen inquietudes respecto a los efectos a largo plazo de la liberación de iones de metal in vivo, debido a la corrosión y/o al desgaste de los componentes de metal.

Se piensa que la resistencia a la corrosión de las aleaciones que contienen cromo, por ejemplo CoCr y CoCrMo es debida a la existencia de una capa natural de óxido metálico sobre la superficie de la aleación. Los componentes principales de esta capa de óxido son el óxido de cobalto y el óxido de cromo. Ya que el óxido de cromo es más resistente a la lixiviación por fluidos corporales que el óxido de cobalto, la resistencia a la corrosión de la aleación depende de la continuidad, el grosor y el contenido de óxido de cromo de la capa.

En la industria ortopédica, los implantes de CoCr se tratan habitualmente mediante inmersión en una solución de ácido nítrico al 30% a una temperatura elevada (54º C). La mayoría de la industria cree que la pasivación de materiales de CoCr con ácido nítrico o cítrico tiende a la producción de una superficie resistente a la corrosión mediante la formación de una película fina y transparente de óxido de cromo. Es esta capa la que se cree que imparte resistencia a la corrosión a los materiales de los implantes de CoCr. Estas creencias se basan en los trabajos publicados para la pasivación del acero inoxidable. En realidad, la superficie de una superficie pasivada con ácido nítrico (cítrico) tiene una composición superficial de aproximadamente 50:50 de Co y Cr.

Los implantes MOM también están sujetos a la pérdida de peso provocada por la fricción continua de dos superficies en contacto que se mueven en el fluido corporal. A medida que estas superficies se ponen en contacto entre sí, la interacción de las asperezas o rugosidades superficiales provoca el desgaste.

Hasta la fecha, la mayoría de los esfuerzos para reducir el desgaste en sistemas MOM se han dirigido inicialmente a la reducción de la rugosidad superficial y/o las asperezas superficiales. En particular, muchos investigadores creen que eliminando las “asperezas de carburo” superficiales se reducirá espectacularmente el desgaste inicial dando como resultado un sistema con un menor desgaste. Se han efectuado muchos intentos para eliminar los carburos superficiales usando procedimientos mejorados de pulido y procesos de tratamiento térmico diseñados para “disolver” los carburos en la aleación. Sin embargo, esos esfuerzos han producido un pequeño impacto en términos de una reducción significativa en el desgaste inicial. Consecuentemente, permanece la necesidad de reducir el desgaste inicial en los dispositivos protésicos.

El documento EP-A-2002854 (que se publicó después de la fecha de presentación de la presente solicitud) muestra un procedimiento para hacer un artículo para un componente protésico de una articulación usando una aleación de Co-Cr-Mo, que comprende la exposición de la aleación al ácido nítrico y posteriormente su exposición a un plasma de oxígeno. El documento EP-A -0 520 721 A2 presenta un procedimiento de pasivación de implantes, que comprende la inmersión en una solución de ácido nítrico.

En un aspecto, la invención suministra un procedimiento para tratar un material de aleación con contenido de cromo según se define en la reivindicación 1.

En otro aspecto, la invención suministra un componente protésico para una articulación ortopédica según se define en la reivindicación 6.

El procedimiento de la invención puede formar una capa superficial robusta de óxido de cromo substancialmente más gruesa que la producida usando el proceso convencional anteriormente descrito.

El ácido puede incluir ácido nítrico o ácido clorhídrico.

El procedimiento puede incluir un paso de contactar el material de la aleación con ácido antes de poner en contacto el material con el plasma gaseoso.

Preferiblemente, el ácido incluye un ácido clorhídrico y el primer tratamiento de pasivación con ácido es seguido por un segundo tratamiento de pasivación con ácido usando un ácido que comprende ácido nítrico.

El plasma gaseoso utilizado en los procedimientos de la invención puede derivarse de una mezcla de gases que comprende un gas oxidativo y opcionalmente uno o más gases inertes. Un gas oxidativo preferido es el oxígeno. Los gases inertes incluyen nitrógeno, argón y helio. En ciertas realizaciones, el material se pone en contacto con el plasma gaseoso durante aproximadamente entre 5 y 120 minutos. En algunas realizaciones, la puesta en contacto del material con el plasma gaseoso se realiza a una potencia de aproximadamente entre 100 y 1000 vatios, En algunas realizaciones, la mezcla de gases comprende al menos un 3% (V/V) de gas oxidativo. Otras realizaciones comprenden un 100% (V/V) de gas oxidativo.

La invención también se refiere a los artículos hechos mediante el procedimiento de la invención. Tales artículos tienen una superficie que comprende óxidos en los que los óxidos se caracterizan con una razón Cr/Co de al menos aproximadamente 3 (según se mide mediante XPS). En ciertas realizaciones, los óxidos se caracterizan por una razón Cr/Co de aproximadamente 7. En algunos artículos, el óxido superficial tiene un grosor de entre 3 y 8 nm. Esta capa de óxido de cromo altamente enriquecido imparte una resistencia a la corrosión significativamente mayor frente a la película pasiva relativamente fina (por ejemplo, entre aproximadamente 1 nm y aproximadamente 2 nm) que se forma utilizando un proceso de pasivación convencional.

Algunos artículos están diseñados para implantarse dentro de un mamífero. Algunos de estos artículos son prótesis de sustitución de articulaciones o componentes de las mismas. Dichas prótesis incluyen las prótesis de sustitución de la cadera o de la rodilla.

En algunas realizaciones, el material tratado se utiliza sobre una superficie de desgaste, especialmente una superficie de desgaste de un implante ortopédico, para reducir el desgaste.

Algunos artículos son muy resistentes a la corrosión y pueden utilizarse en entornos corrosivos, incluyendo entornos ácidos o alcalinos.

La película de pasivación suministrada por la invención puede reducir la liberación de iones en un fluido corporal simulado.

Las prótesis que incluyen componentes de acuerdo con la invención pueden implantarse en un cuerpo humano o de un animal en contacto con el hueso, en el cual al menos una parte de la prótesis en contacto con dicho hueso comprende una superficie que tiene una capa exterior de óxido de hasta 20 nm de grosor que está altamente enriquecida con óxido de cromo.

La presente invención suministra artículos y dispositivos con contenido de cromo que tienen capas de óxido superficial gruesas y altamente enriquecidas con Cr así como procesos para hacer superficies de desgaste mejoradas sobre materiales con contenido de cromo. Esta superficie tiene preferiblemente una película pasiva reforzada, que puede reducir las tasas de liberación de iones disminuyendo la tasa de corrosión. Se cree que el desgaste se reduce protegiendo la superficie de desgaste de la corrosión selectiva en las áreas de carburo circundantes.

El proceso de tratamiento con plasma puede conseguirse usando un gas oxidativo tal como oxígeno o una mezcla de gases oxidativos y de gases inertes a una potencia de entre 100 y 1000 vatios durante un período de entre 5 y 120 minutos. En comparación con la capa de óxido obtenida mediante el proceso de pasivación convencional con HNO3, la capa obtenida mediante el procedimiento de la invención es más gruesa y la razón Cr/Co es mayor. Se cree que la mejora del óxido reduce la cantidad de liberación de iones de metal debida a la corrosión y/o al desgaste.

El componente oxidativo del gas puede comprender oxígeno, agua, peróxido de hidrógeno o sus mezclas. En algunas realizaciones,...

1. Un procedimiento de tratamiento de un material de aleación con contenido de cromo que forma una capa superficial de óxido de metal de manera natural en la cual los componentes principales son el óxido de cobalto y el óxido de cromo, de manera que se incrementa la razón atómica del cromo con respecto al cobalto en la pasivación de la capa superficial de óxido de forma que el valor de la razón atómica de Cr/Co sea al menos 3; comprendiendo el procedimiento la puesta en contacto de una superficie del material con un plasma que se deriva de un gas oxidante bajo condiciones efectivas para oxidar al menos una parte de la superficie de material y subsiguientemente la puesta en contacto de la superficie del material con un ácido.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que incluye un paso de poner el material en contacto con ácido antes de que el material se ponga en contacto con el plasma de gas.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual el ácido incluye uno de entre el ácido nítrico y el ácido clorhídrico.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la puesta en contacto del material con un ácido utiliza una concentración de ácido de entre 2 y 8 M, durante entre 20 minutos y 2 horas, a una temperatura de entre 0º C y 90º C.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el cual el plasma de gas se deriva de un gas que comprende oxígeno y opcionalmente al menos uno de entre helio y argón.

6. Un componente protésico de articulación ortopédica que está formado con un material de una aleación con contenido de cromo que forma una capa superficial de óxido de metal de forma natural en la cual los componentes principales son el óxido de cobalto y el óxido de cromo, que tiene una capa superficial de óxido cuyo grosor es de entre 2,5 nm y 20 nm, comprendiendo la capa superficial de óxido óxidos de cromo y de cobalto en la que el valor de la razón atómica de Cr/Co es al menos 3. 7. El artículo de la reivindicación 6, en el cual el grosor de la capa superficial de óxido es de entre 2,5 y 8 nm y la razón atómica de Cr/Co es entre 3 y 7.

Figura1 -Gráfico del desgaste típico para un estudio de simulador de metal sobre metal (MoM). El dibujo muestra el desgaste acumulativo (gravimétricamente determinado) como una función del número de ciclos. En general los acoplamientos de MoM exhiben una fase (inicial) de periodo de mayor desgaste seguida de una región en la que hay poco o ningún desgaste (fase de estado estacionario) Figura 2 (para ejemplo 1): Datos del perfil de profundidad de la pulverización iónica de XPS obtenidos sobre discos de ensayo de CoCrMo: a) pulidos, b) después de un tratamiento con HNO3 al 30% a 54º C durante 0,5 horas y c) después de un tratamiento con plasma de O2 con