УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ОКСИДИРОВАНИЯ МЕДИЦИНСКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ

Полезная модель относится к электротермическому оборудованию для газотермической обработки медицинских металлоизделий чрескостного и внутрикостного назначения, а именно, к устройствам для получения оксидных биосовместимых покрытий, и может использоваться для обработки поверхности ортопедических и стоматологических имплантатов.
Оксидные покрытия на медицинских металлических имплантатах получают с использованием газовых сред, что позволяет управлять структурным состоянием оксидного слоя. В большинстве известных устройств для газотермического оксидирования не предусмотрена техническая возможность для снижения продолжительности процесса получения оксидных покрытий на изделиях из металлов и сплавов, а также возможность нагрева и термической обработки указанных изделий свыше рабочей температуры большинства жаропрочных материалов (950…1100°С), используемых для тэновых нагревателей.
Известно устройство для оксидирования металлов и сплавов, включающее паровую камеру оксидирования, систему циркуляции паровоздушной смеси, емкость с жидкой средой, конденсатор пара и сборник конденсата, систему нагрева камеры оксидирования и узел для подачи газовой смеси в камеру [Патент РФ №2189400, МПК: С23С 8/16, С23С 8/18, опубл. 20.09.2002 г.].
Недостатком данного устройства является отсутствие технической возможности, обеспечивающей ускоренный нагрев до задаваемой температуры и снижение продолжительности процесса оксидирования. Кроме того, устройство имеет конструктивно сложные элементы, такие как систему циркуляции паровоздушной смеси, конденсатор пара и сборник конденсата, которые существенно усложняют эксплуатацию устройства.
Известно устройство для газотермического оксидирования изделий из титана и его сплавов, содержащее камеру оксидирования с внешним нагревательным элементом, узлы для подачи окислительной и защитной охлаждающей газовых сред, узел для отвода отработавшей газовой среды, систему охлаждения в виде жидкостных контуров и термопару [Патент РФ №89528, МПК: С23С 8/16, С23С 8/18, опубл. 10.12.2009 г.].
Недостатком конструкции данного электротермического устройства является отсутствие технической возможности, обеспечивающей ускоренный нагрев металлических имплантатов до задаваемой температуры и снижение продолжительности процесса оксидирования. Кроме того, электротермическое устройство имеет конструктивно сложные элементы, такие как контуры жидкостного охлаждения камеры, шлюзовой затвор, которые существенно усложняют эксплуатацию устройства.
Ближайшим прототипом, по мнению авторов, является устройство для оксидирования имплантатов из нержавеющих сталей, включающее цилиндрическую камеру оксидирования, выполненную открытой с одной стороны для естественного поступления воздушной среды в объем камеры, и закрытой крышкой с защелкой с другой противоположной стороны для предотвращения рассеивания тепла и погрешности задаваемого температурного режима в камере [Патент РФ №93398, МПК: С23С 8/16, С23С 8/18, опубл. 27.04.2010 г.].
Недостатком конструкции данного электротермического устройства является отсутствие технической возможности, обеспечивающей ускоренный нагрев металлических имплантатов до задаваемой температуры и снижение продолжительности процесса оксидирования. Кроме того, электротермическое устройство имеет конструктивно сложный элемент - контур жидкостного охлаждения камеры, который усложняет эксплуатацию устройства.
Задача полезной модели заключается в разработке упрощенной конструкции электротермического устройства, создающей техническую возможность для ускоренного нагрева металлических имплантатов до задаваемой температуры и снижение продолжительности процесса газотермического оксидирования.
Технический результат полезной модели состоит в возможности проведения оксидирования металлических имплантатов при меньшей продолжительности процесса и позволяет упростить эксплуатацию устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов, включающем цилиндрическую камеру оксидирования с системами нагрева и охлаждения, выполненную открытой с одной стороны для поступления окислительной среды в рабочий объем камеры и закрытой с другой противоположной стороны крышкой, согласно новому техническому решению, цилиндрическая камера оксидирования выполнена с открытой стороны с присоединительным элементом для подвода газовой окислительной среды, а с закрытой стороны имеет присоединительную втулку с наружной резьбой и завинчивающуюся крышку с внутренней резьбой, причем системы нагрева и охлаждения камеры оксидирования выполнены в виде водоохлаждаемого спирального индукционного нагревателя.
Описание конструкции.
На фиг. приведена конструкция устройства для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов, где позициями обозначено: 1 - цилиндрическая камера оксидирования, 2 - присоединительный элемент для подвода газовой окислительной среды, 3 - присоединительная втулка с наружной резьбой, 4 - завинчивающаяся крышка с внутренней резьбой, 5 - система нагрева и охлаждения, 6 - спиральный индукционный нагреватель, 7 - полость для циркуляции воды, 8 - защитный кожух.
Цилиндрическая камера оксидирования 1 с открытой стороны имеет присоединительный элемент 2, который выполнен в виде втулки, для свободной либо принудительной подачи необходимой окислительной газовой среды, с противоположенной закрытой стороны имеет присоединительную втулку 3 с наружной резьбой и завинчивающуюся крышку 4 с внутренней резьбой, причем внутренняя резьба завинчивающейся крышки 4 совпадает с наружной резьбой присоединительной втулки 3. Присоединительный элемент 2 и присоединительная втулка 3 с наружной резьбой крепятся к цилиндрической камере оксидирования 1, например, с помощью неразъемного клеевого соединения. С внешней стороны цилиндрической камеры оксидирования 1 располагается система нагрева и охлаждения 5, включающая спиральный индукционный нагреватель 6 с полостью для циркуляции воды 7, а также защитный кожух 8.
Устройство работает следующим образом. При снятой завинчивающейся крышке 4 производят загрузку обрабатываемых металлических имплантатов в цилиндрическую камеру оксидирования 1 устройства. После загрузки имплантатов закрывают цилиндрическую камеру оксидирования 1 с одной стороны, присоединяя завинчивающуюся крышку 4 с внутренней резьбой к присоединительной втулке 3 с наружной резьбой посредством резьбового соединения. Такой тип присоединения завинчивающейся крышки 4 к камере оксидирования 1 является функционально удобным и конструктивно простым в процессе эксплуатации устройства, обеспечивает герметичность и быструю загрузку-выгрузку имплантатов.
С открытой стороны камеры оксидирования 1 через присоединительный элемент 2 осуществляют свободную либо принудительную подачу необходимой окислительной газовой среды. Далее включают систему нагрева и охлаждения 5, что предусматривает постоянную циркуляцию воды через полость 7 спирального индукционного нагревателя 6 в виде металлической трубки, на который подают переменное напряжение от генератора (на чертеже не показан). Безопасность эксплуатации устройства обеспечивают наличием защитного кожуха 8. При включении системы нагрева и охлаждения 5, генерируемые в металлическом имплантате вихревые токи с помощью спирального индукционного нагревателя 6, способствуют ускоренному нагреву изделия до задаваемой температуры и снижение продолжительности процесса оксидирования. По завершению процесса оксидирования производят отключение системы нагрева и охлаждения 5 и прекращают подвод газовой окислительной среды через присоединительный элемент 2. При завершении процесса оксидирования производят отсоединение завинчивающейся крышки 4 с внутренней резьбой от присоединительной втулки 3 с наружной резьбой камеры оксидирования 1 и извлекают имплантат из устройства.
При снятой завинчивающейся крышке 4 осуществляют бесконтактное измерение температуры имплантата в камере оксидирования 1 с помощью пирометра (на чертеже не показан). При эксплуатации устройства нагрев до заданной температуры оксидирования определяют по теплокинетическим зависимостям, полученным с применением бесконтактного пирометрического метода измерения температуры имплантата.
Таким образом, присоединительный элемент для подвода газовой окислительной среды 2, выполненный в виде втулки, позволяет обеспечить техническую возможность для подачи необходимой газовой окислительной среды (воздух, перегретый водяной пар, смеси инертных и окислительных газов).
Завинчивающаяся крышка 4 с внутренней резьбой камеры оксидирования 1 обеспечивает высокую эффективность герметизации камеры, является конструктивно простой и удобной при эксплуатации устройства, не требует применения дополнительных элементов для закрепления к камере оксидирования 1.
Выполнение системы нагрева и охлаждения 5 в виде спирального индукционного нагревателя 6 с полостью для циркуляции воды 7 и представляющего собой, например, медную трубку, обеспечивает техническую возможность повышения скорости формирования оксидных покрытий в процессе термообработки имплантатов и позволяет существенно сократить продолжительность оксидирования в применяемой газовой окислительной среде.
Предложенное устройство для газотермического оксидирования медицинских металлических имплантатов характеризуется простотой конструктивного исполнения и эксплуатационной надежностью, позволяющей ускорить нагрев металлических имплантатов до задаваемой температуры и существенно уменьшить продолжительность процесса оксидирования. Данная конструкция устройства обеспечивает ускоренное получение оксидных покрытий на металлических имплантатах с необходимым структурным состоянием и высокими механическими свойствами.