УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

Полезная модель относится к электротермическому оборудованию для газотермической обработки металлоизделий, а именно, к устройствам для оксидирования изделий из титана и его сплавов, широко применяемых в стоматологии, травматологии и ортопедии.
Термооксидные покрытия на медицинских изделиях (имплантатах) из титана и его сплавов получают с использованием газовых сред, не содержащих воздух, что позволяет исключить образование в оксидном слое нежелательных титанонитридных соединений, ухудшающих качество биосовместимой оксидированной поверхности [1-3]. Однако большинство известных устройств для газотермического оксидирования не применимы для обработки изделий из титана и его сплавов, т.к. не имеют технической возможности для проведения оксидирования и охлаждения изделий в средах, не содержащих воздух.
Известно устройство для оксидирования металлов и сплавов по патенту РФ №2189400, включающее камеру оксидирования (паровую камеру), систему циркуляции паровоздушной смеси, емкость с жидкой средой, конденсатор пара и сборник конденсата, систему нагрева камеры оксидирования, узел для подачи газовой смеси в камеру. Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость конструкции. Изделия из титана и его сплавов оксидируются в данном устройстве с образованием в оксидном слое хрупких титанонитридных соединений из-за отсутствия в устройстве технической возможности для охлаждения изделий в защитном газе.
Ближайшим прототипом, по мнению авторов, является устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и титаносодержащих сплавов по заявке №200714494902 от 03.12.2007, включающее камеру нагрева газовой смеси с внешним нагревательным элементом, газоподводящим и газоотводящим штуцерами, охлаждающими жидкостными контурами, термопару; камеру охлаждения в инертной газовой среде с двумя штуцерами подачи и отвода охлаждающего газа; шлюзовой затвор с двумя запорными полусферическими элементами для соединения и разъединения объемов камер нагрева и охлаждения. Данное устройство позволяет получать оксидные покрытия на титановых изделиях, обладающие повышенной коррозионной стойкостью и не имеющие малопрочных титанонитридных соединений. Однако конструкция электротермического устройства является технически сложной из-за наличия дополнительных узлов - камеры охлаждения с двумя штуцерами для проточной подачи защитного газа и шлюзового затвора, которые существенно увеличивают габарит и усложняют эксплуатацию устройства.
Задача полезной модели состоит в упрощении конструкции устройства для газотермического оксидирования изделий из титана и его сплавов в различных газовых средах, не содержащих воздух.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для газотермического оксидирования изделий из титана и его сплавов, включающем камеру оксидирования с системами нагрева и охлаждения, узлы для проточной подачи через камеру окислительной газовой среды, узлы для проточной подачи защитного охлаждающего газа и закрытом с двух противоположных сторон крышками, в одну из которых вмонтированы узел для подачи окислительной газовой среды и термопара, а другая - снабжена защелкой, камера оксидирования выполнена с возможностью охлаждения оксидированных титановых изделий, при этом узел для подачи защитного охлаждающего газа вмонтирован в крышку устройства наряду с узлом для подачи окислительной газовой среды, а для отвода защитного охлаждающего газа из камеры использован узел для отвода окислительной газовой среды.
Предложенное устройство (фиг.) состоит из цилиндрической камеры 1, закрытой с двух сторон крышками 2 и 3, которая снабжена термопарой 4 и системой нагрева в виде расположенного на корпусе нагревательного элемента 5, соединенного с токоизолированными электрическими выводами 6 источника питания (на чертеже не показан). С внешней стороны нагревательный элемент 5 закрыт кожухом 7 с прокладками из теплоизолирующего материала. В крышку 2 вмонтирован штуцер 8 для подачи окислительной газовой среды для осуществления процесса оксидирования и штуцер 9 для подачи защитного газа для охлаждения изделий. Для отвода отработавших газов после оксидирования и охлаждения изделий в корпус камеры 1 вмонтирован газоотводящий штуцер 10. Устройство имеет систему охлаждения камеры 1 в виде охлаждающих контуров 11 со штуцерами, обеспечивающими циркуляцию жидкой среды. Охлаждающие контуры 11 расположены на корпусе камеры 1 с двух сторон нагревательного элемента 5 на равном от него расстоянии. Крышки 2 и 3 снабжены уплотнительными кольцами (на чертеже не показано), кроме этого, крышка 3 снабжена защелкой 12 для открывания и закрывания камеры 1.
Устройство работает следующим образом. При открытой крышке 3 производят загрузку обрабатываемых изделий в камеру 1. Закрыв крышку 3 с помощью защелки 12, включают нагревательный элемент 5 для обеспечения заданной температуры в камере 1, используя при этом термопару 4. Через газоподводящий и газоотводящий штуцеры 8 и 10 в камеру 1 проточно подают окислительную газовую среду, не содержащую воздух, и осуществляют процесс газотермического оксидирования изделий. После завершения процесса оксидирования нагревательный элемент 5 отключают от источника питания, включают прокачку охлаждающей жидкой среды через контуры 11 для охлаждения камеры 1 и через штуцер 9 подают защитный газ для охлаждения оксидированных изделий, который отводится через штуцер 10. После завершения охлаждения оксидированных изделий и камеры 1, открыв крышку 3, изделия извлекают из устройства.
Предложенное устройство для газотермического оксидирования титана и его сплавов характеризуется уменьшенным габаритом, простотой конструктивного исполнения и эксплуатационной надежностью, а получаемые оксидные покрытия не содержат хрупких титанонитридных соединений и низкокоррозионностойких металлооксидных фаз, существенно снижающих качество поверхности медицинских изделий.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №2322267. Способ получения биосовместимого покрытия на имплантатах из титана и его сплавов / Родионов И.В., Бутовский К.Г., Бейдик О.В., Серянов Ю.В. Опубл. 20.04.2008.
2. Патент РФ на изобретение №2332239. Способ получения биосовместимого покрытия на остеофиксаторах из титана / Родионов И.В., Бутовский К.Г., Бейдик О.В., Ткачева А.В. Опубл. 27.08.2008.
3. Родионов И.В. Аргонокислородное оксидирование костных титановых имплантатов // Материаловедение. №4, 2009. С.47-52.