Método de oxidación de superficie de circonio y aleaciones de circonio y producto resultante.

Un método de producción de un recubrimiento uniforme de circonio oxidado azul-negro o negro sobre circonio o una aleación de circonio,

caracterizado por el paso de oxidación de circonio que tiene una estructura amorfa o una aleación de circonio que tiene una estructura amorfa.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2005/032919.

Solicitante: SMITH AND NEPHEW, INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1450 Brooks Road Memphis, TN 38116 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: HUNTER, GORDON, JANI,SHILESH,C, PAWAR,VIVEK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A61L27/02 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE.A61L PROCEDIMIENTOS O APARATOS PARA ESTERILIZAR MATERIALES U OBJECTOS EN GENERAL; DESINFECCION, ESTERILIZACION O DESODORIZACION DEL AIRE; ASPECTOS QUIMICOS DE VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS; MATERIALES PARA VENDAS, APOSITOS, COMPRESAS ABSORBENTES O ARTICULOS QUIRURGICOS (conservación de cuerpos o desinfección caracterizada por los agentes empleados A01N; conservación, p. ej. esterilización de alimentos o productos alimenticios A23; preparaciones de uso medico, dental o para el aseo A61K). › A61L 27/00 Materiales para prótesis o para revestimiento de prótesis (prótesis dentales A61C 13/00; forma o estructura de las prótesis A61F 2/00; empleo de preparaciones para la fabricación de dientes artificiales A61K 6/02; riñones artificiales A61M 1/14). › Materiales inorgánicos.
  • A61L27/10 A61L 27/00 […] › Cerámicas o vidrios.
  • C22C45/10 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 45/00 Aleaciones amorfas. › con molibdeno, wolframio, niobio, tántalo, titanio o zirconio como principal constituyente.
  • C23C8/02 C […] › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › C23C 8/00 Difusión en estado sólido solamente de elementos no metálicos en la capa superficial de materiales metálicos (difusión del silicio C23C 10/00 ); Tratamiento químico de la superficie por reacción del material metálico de la superficie y un gas reactivo, quedando en el revestimiento productos de la reacción, p. ej. revestimiento de conversión, pasivación de metales (C23C 14/00 tiene prioridad). › Pretratamiento del material a revestir (C23C 8/04 tiene prioridad).
  • C23C8/10 C23C 8/00 […] › Oxidación.
  • C23C8/40 C23C 8/00 […] › por medio de líquidos, p. ej. por medio de baños de sales, de suspensión en los líquidos.
  • C23C8/60 C23C 8/00 […] › por medio de sólidos, p. ej. polvos, pastas (por medio de suspensiones de sólido en un líquido C23C 8/40).
  • C23C8/80 C23C 8/00 […] › Tratamiento posterior.

PDF original: ES-2523433_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método de oxidación de superficie de circonio y aleaciones de circonio y producto resultante Antecedentes de la invención

Esta solicitud reivindica prioridad a la solicitud de EE.UU. 1/942.464, presentada el 16 de septiembre de 24.

Esta invención se refiere a implantes metálicos con superficies de soporte de carga recubiertas con un recubrimiento fino, denso, de baja fricción, altamente resistente al desgaste, de espesor uniforme de circonio oxidado.

La invención también se refiere a recubrimientos de circonio oxidado de espesor uniforme en las superficies de soporte no de carga de un implante ortopédico donde el circonio oxidado proporciona una barrera entre la prótesis metálica y el tejido corporal evitando por ello la liberación de iones metálicos y la corrosión del implante. La invención además se refiere a un método de producción de una capa de circonio oxidado de espesor uniforme usando un sustrato de circonio o aleación de circonio amorfo con una rugosidad de superficie alterada anterior a la formación de la capa de óxido.

La excelente resistencia a la corrosión del circonio ha sido conocida durante muchos años. El circonio muestra excelente resistencia a la corrosión en muchos medios acuosos y no acuosos y por esta razón ha visto aumentado su uso en la industria de procesos químicos y en aplicaciones médicas. Una limitación a la amplia aplicación del circonio en estas áreas es su resistencia a la abrasión relativamente baja y su tendencia a rozadura. Esta resistencia a la abrasión relativamente baja y la tendencia a rozadura se muestra también en las aleaciones de circonio.

Los materiales de implantes ortopédicos deben combinar alta robustez, resistencia a la corrosión y compatibilidad con el tejido. La longevidad del implante es de importancia primordial especialmente si el destinatario del implante es relativamente joven debido a que es deseable que el implante funcione durante el tiempo de vida completo de un paciente. De los materiales convencionales usados típicamente para fabricar implantes ortopédicos, cada uno tiene sus ventajas y desventajas comparativas. En el caso de materiales metálicos, debido a que ciertas aleaciones de metal tienen la robustez mecánica y biocompatibilidad requeridas sin un alto riesgo de fractura por fragilidad, son candidatos ideales para la fabricación de prótesis. Estas aleaciones incluyen acero inoxidable 316L, aleaciones de cromo-cobalto-molibdeno y, más recientemente, aleaciones de titanio que han demostrado ser los materiales más adecuados para la fabricación de prótesis de soporte de carga. No obstante, los materiales metálicos también tienen desventajas. A menudo no son completamente inertes en el cuerpo. Los fluidos corporales actúan sobre los metales haciéndolos corroerse lentamente por un proceso de ionización que libera por ello iones metálicos en el cuerpo. La liberación de iones metálicos desde la prótesis también está relacionada con la tasa de desgaste de las superficies de soporte de carga debido a que la película de óxido pasiva, que se forma en la superficie, se retira constantemente. El proceso de repasivación libera constantemente iones metálicos durante el proceso de ionización. Además, la presencia de desgaste de terceros cuerpos (cemento o restos de hueso) acelera este proceso y las partículas de metal micro corroídas aumentan la fricción contra superficies opuestas. La dureza de la superficie no es ideal en la mayoría de materiales metálicos, provocando rayado y micro corrosión. Otros materiales comunes tienen otras ventajas y desventajas. Las cerámicas, por ejemplo, tienen superficies muy duras que resisten rayado y micro corrosión, no obstante, son más quebradizos que los metales y generalmente tienen propiedades térmicas inferiores.

Además, la aplicación de recubrimiento de cerámica a sustratos de metal a menudo provoca recubrimientos no uniformes, escasamente adheridos que tienden a agrietarse debido a las diferencias en los módulos de elasticidad o expansión térmica entre la cerámica y sustrato de metal subyacente. Además, tales recubrimientos tienden a ser relativamente gruesos (5-3 mieras) y dado que la unión entre el metal y el recubrimiento de cerámica a menudo es débil, existe el riesgo de rozadura o separación de los recubrimientos de cerámica.

El uso de superficies de circonio oxidadas en implantes ortopédicos representó un avance porque permitió a uno darse cuenta de las ventajas de los materiales metálicos y las cerámicas mientras que se minimizan las desventajas de ambos. Se han hecho intentos previos para producir recubrimientos de circonio oxidado en piezas de circonio con el propósito de aumentar su resistencia a la abrasión. Un proceso tal se describe en la Patente de EE.UU. N° 3.615.885 de Watson que describe un procedimiento para desarrollar capas de óxido gruesas (hasta ,23 mm) sobre varias aleaciones de circonio. No obstante, este procedimiento provoca cambios dimensionales significativos especialmente para piezas que tienen un espesor por debajo de alrededor de 5 mm y la película de óxido producida no presenta una resistencia a la abrasión especialmente alta.

La Patente de EE UU. N° 2.987.352 de Watson describe un método de producción de un recubrimiento de óxido azul-negro en piezas de una aleación de circonio con el propósito de aumentar su resistencia a la abrasión. Tanto la Patente de EE.UU. 2.987.352 como la Patente de EE.UU. 3.615.885 producen un recubrimiento de circonio oxidado en una aleación de circonio por medio de oxidación de aire. La Patente de EE.UU. 3.615.885 continúa la oxidación por aire el tiempo suficiente para producir un recubrimiento beis de espesor mayor que el recubrimiento azul-negro de la Patente de EE.UU. N° 2.987.352. Este recubrimiento beis no tiene la resistencia al desgaste del recubrimiento azul-negro y no es aplicable de esta manera a muchas piezas donde hay dos caras de trabajo en estrecha proximidad. El recubrimiento beis se desgasta más rápidamente que el recubrimiento de óxido azul-negro con la

formación resultante de partículas de circonio oxidado y la pérdida de la integridad de la superficie de circonio oxidado. Con la pérdida de la superficie de óxido el metal de circonio se expone entonces a su entorno y puede conducir al transporte de articulaciones de circonio lejos de la superficie del metal en el entorno adyacente.

Los recubrimientos azul-negro tienen un espesor que es menor que el del recubrimiento beis aunque la dureza del recubrimiento azul-negro o negro es mayor que la del recubrimiento beis. Este recubrimiento de óxido azul-negro endurecido se presta a sí mismo mejor para superficies tales como dispositivos protésicos. Aunque el recubrimiento azul-negro o negro es más resistente a la abrasión que el recubrimiento beis es un recubrimiento relativamente fino. Por lo tanto es deseable producir recubrimientos azules-negros de resistencia a la abrasión aumentada sin producir los mismos tipos de recubrimientos de la técnica anterior.

La Patente de EE.UU. 5.37.438 de Davidson describe un método de producción de prótesis de aleación de circonio con una superficie de circonio oxidado. Esta forma especifica de circonio oxidado, descrita en la misma como circonio oxidado azul-negro o negro es única con respecto a la excelente conductividad térmica que posee respecto a otros materiales protésicos convencionales. Combina excelentes características de rugosidad de superficie con conductividad térmica muy alta. De este modo, posee las características beneficiosas relevantes del metal y las cerámicas mientras que evita las desventajas relevantes del primero y superando estas últimas.

Aunque la introducción de circonio oxidado para implantes médicos presentó un avance en esta área, había y hay espacio para refinamientos adicionales. Mientras que la durabilidad de los implantes de circonio oxidado es excelente comparada con materiales convencionales, se ha reconocido que las superficies de circonio oxidado de alta integridad tienen incluso mejor durabilidad. Una superficie de circonio oxidado de alta integridad se puede producir si el espesor de la capa de circonio oxidado tiene buena uniformidad. La no uniformidad del espesor afecta negativamente la durabilidad debido a que promueve la acumulación de tensiones internas en la capa de óxido y tales tensiones tienden a dar lugar a grietas. Al principio de la utilización de estas superficies para implantes médicos, no se controlaba la uniformidad del espesor. Se ha reconocido que controlar la uniformidad del espesor provoca una superficie de circonio oxidado mejor para aplicaciones de implantes médicos.

En la Patente de EE.UU. 6.447.55, Hunter, et al. describieron un método para obtener un recubrimiento de circonio... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de producción de un recubrimiento uniforme de circonio oxidado azul-negro o negro sobre circonio o una aleación de circonio, caracterizado por el paso de oxidación de circonio que tiene una estructura amorfa o una aleación de circonio que tiene una estructura amorfa.

2. El método según la reivindicación 1, que además comprende el paso de alteración de la rugosidad de superficie de dicho circonio o aleación de circonio anterior a dicho paso de oxidación.

3. El método según la reivindicación 2, en donde dicho paso de alteración de dicha rugosidad de superficie

comprende la alteración a una rugosidad de superficie (Ra) en la gama de ,762 a ,635 pm (alrededor de 3

micropulgadas a alrededor de 25 micropulgadas).

4. El método según la reivindicación 2, en donde dicho paso de alteración de dicha rugosidad de superficie

comprende la alteración a una rugosidad de superficie (Ra) en la gama de ,889 a ,1778 pm (alrededor de 3,5

micropulgadas a alrededor de 7 micropulgadas).

5. El método según la reivindicación 2, en donde dicho paso de alteración de dicha rugosidad de superficie comprende un proceso abrasivo de preparación de superficie que comprende:

un paso seleccionado del grupo que consta de molido, pulido, acabado en masa y acabado por vibración y cualquier combinación de los mismos.

6. El método según la reivindicación 1, en donde dicho paso de oxidación comprende el uso de aire como oxidante.

7. El método según la reivindicación 1, en donde dicho paso de oxidación comprende el uso de oxígeno como oxidante.

8. El método según la reivindicación 1, en donde dicho circonio y aleación de circonio comprende alrededor del ,3 por ciento de oxígeno en peso.

9. Un implante médico caracterizado por al menos un componente, dicho componente que comprende:

un sustrato que comprende circonio que tiene una estructura amorfa o una aleación de circonio que tiene una estructura amorfa;

una capa de superficie de circonio oxidado azul-negro o negro en al menos una parte de dicho sustrato, dicha capa de superficie de circonio oxidado que se forma por oxidación de dicho circonio o aleación de circonio.

1. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicho circonio o aleación de circonio comprende una rugosidad de superficie alterada anterior a dicha oxidación.

11. El implante médico según la reivindicación 1, en donde dicha rugosidad de superficie alterada comprende una rugosidad de superficie (Ra) en la gama de ,762 a ,635 pm (alrededor de 3 micropulgadas a alrededor de 25 micropulgadas).

12. El implante médico según la reivindicación 1, en donde dicha rugosidad de superficie alterada comprende una rugosidad de superficie (Ra) en la gama de ,889 a ,1778 pm (alrededor de 3,5 micropulgadas a alrededor de 7 micropulgadas).

13. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicha capa de circonio oxidado es de un espesor de hasta alrededor de 2 mieras.

14. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicha capa de recubrimiento de circonio oxidado es de un espesor de hasta alrededor de 1 mieras.

15. El implante médico según la reivindicación 9, en donde la parte de implante del cuerpo de la prótesis además comprende una superficie irregular adaptada para acomodar crecimiento interno de tejido en una parte del cuerpo de la prótesis.

16. El implante médico según la reivindicación 15, en donde la superficie irregular está formada de perlas de circonio o aleación de circonio unidas a la superficie exterior del cuerpo de la prótesis, en donde al menos una parte de la superficie de las perlas se oxida a circonio oxidado azul-negro o negro.

17. El implante médico según la reivindicación 15, en donde la estructura de superficie irregular está formada de malla de hilo de circonio o aleación de circonio conectada a la superficie exterior del cuerpo de la prótesis, en donde al menos una parte de la superficie de la malla de hilo se oxida a circonio oxidado azul-negro o negro.

18. El implante médico según la reivindicación 15, en donde la superficie irregular es una superficie atacada químicamente.

19. El implante médico según la reivindicación 15, en donde la superficie irregular es una superficie de plasma depositado por pulverización.

2. El implante médico según la reivindicación 15, en donde la superficie irregulares una superficie sinterizada.

21. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicho implante médico es un implante vertebral.

22. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicho implante médico es un implante dental.

23. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicho implante médico comprende quincalla de implantes

de huesos.

24. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicha quincalla de implantes de huesos comprende una placa de hueso o un tornillo de hueso.

25. El implante médico según la reivindicación 9, en donde dicho al menos un componente comprende: un primer componente que tiene una superficie de soporte; y

un segundo componente que tiene una superficie de contra soporte adaptada para cooperar con la superficie de soporte de dicho primer componente;

en donde al menos uno de dicho primer componente o dicho segundo componente comprende circonio que tiene una estructura amorfa o una aleación de circonio que tiene una estructura amorfa;

una capa de superficie de circonio oxidado azul-negro o negro en al menos una parte de dicho primer componente o dicho segundo componente o tanto dicho primer como segundo componentes, dicha capa de superficie de circonio oxidado que se forma por oxidación de dicho circonio o aleación de circonio.

26. El implante médico según la reivindicación 25, en donde dicho implante médico es una prótesis de articulación.

27. El implante médico según la reivindicación 26, en donde dicho primer componente comprende un componente femoral y dicho segundo componente comprende un componente de copa acetabular para formar una prótesis de cadera.

28. El implante médico según la reivindicación 26, en donde dicho primer componente comprende un componente femoral que además comprende al menos un cóndilo y dicho segundo componente comprende un componente tibial para formar una prótesis de rodilla.

29. El implante médico según la reivindicación 26, en donde dicha prótesis de articulación se selecciona del grupo que consta de prótesis de hombro, tobillo, dedo, muñeca, dedo del pie o codo.

3. El implante médico según la reivindicación 25, en donde dicho implante médico es un implante maxilofacial o temporomandibular.


 

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