1. Functionalized coatings by Cold Spray for joint prosthesis
- Author
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Martín Vilardell, Anna, Cinca i Luis, Núria, García Cano, Irene, and Universitat de Barcelona. Departament de Ciència dels Materials i Química Física
- Subjects
Titanium ,Titanio ,Fosfatos ,Materiales nanoestructurados ,Titani ,Materials nanoestructurats ,Nanostructured materials ,Ciències Experimentals i Matemàtiques ,Fosfats ,Phosphates - Abstract
[eng] The Cold Spray (CS) is a novelty technique for the production of coatings within the field of Thermal Spray. The use of low work temperatures (under the melting point of the material) is what makes it different from the other conventional spraying techniques. CS is an ideal technique to spray materials that are sensitive to temperature, such as nanostructured and amorphous materials, or sensitive to the oxygen, as could be titanium. These characteristics may be specially promising within the field of biomedical coatings. Compared to the conventional processes, it would allow to produce coatings in a more cost-effect and environmental friendly way. The research is mostly focused on the obtaining of highly rough Commercial Pure Titanium (CP-Ti) and Calcium Phosphate (CP) coatings by CS for joint prosthesis application. An exhaustive development of coating parameter optimization has been developed and the different deposition mechanisms for each feedstock powder were analyzed as well. The mechanical and biological properties of the optimal coatings were evaluated consequently. The mechanical testing (e.g. Tensile and shear strength test and Taber test), was performed on the optimized CP-Ti coating overcoming the ASTM standard specifications for joint, shoulder and knee prosthesis; CP-Ti coating showed good bonding between particles as well with the substrate. The used of coarse titanium particles provided high roughness (Ra=40±12 µm and Rz=235±44 µm) that shows an increase in cell viability, proliferation and differentiation as well as mineralization, in comparison with a low-roughness titanium surface obtained by Sand Blasted (SB).Afterwards, additional surface modification procedures were investigated to obtain nanotextured surfaces on the as-sprayed CS titanium coatings to evaluate their in-vitro response for comparison. The anodic oxidation treatment leads to a TiO2 Nanotube (NT) layer with a pore diameter between 50-100 nm and a roughness of Ra=36.8±4.6 nm, whereas the alkaline treatment leads to a nanosurface of Ra=1.2±0.2nm, composed by very fine porosity PS). To sum up, CS has shown to be suitable to produce metallic and ceramic coatings for joint applications, especially those dealing with materials that are sensitive to the temperature and oxygen. The non-microstructural changes from the feedstock powder to the coatings leads to a big advantage in CS to obtain customized coatings., [spa] La Proyección Fría o también conocida por el nombre de Cold Spray (CS), es una técnica muy novedosa para la obtención de recubrimientos en el ámbito de la proyección térmica. El uso de bajas temperaturas de trabajo (siempre por debajo del punto de fusión del material) es lo que la hace diferente respecto al resto de técnicas convencionales, ya que la hace ideal para depositar materiales sensibles a la temperatura (ej. Materiales nanoestructurados y amorfos) o reactivos al oxígeno (ej. Titanio). Además tiene un gran potencial a nivel económico y ambiental por ser un proceso eficiente y respetuoso con el medio ambiente. La investigación se basa principalmente en la obtención de recubrimientos de titanio rugoso y fosfato cálcico mediante proyección fría, donde se han estudiado los diferentes mecanismos de deposición de las materias primas y se ha elaborado un estudio a nivel mecánico y biológico. Además, se han realizado tratamientos adicionales sobre los recubrimientos de titanio para obtener superficies nanotexturizadas y poderlas comparar in vitro. El uso de partículas gruesas de titanio facilita la obtención de grandes rugosidades superficiales en los recubrimientos de titanio, mejorando así la viabilidad y proliferación celular, al igual que la diferenciación y mineralización celular, en comparación a superficies con bajas rugosidades (como las superficies de titanio granalladas). Aun así, los tratamientos de nanotexturización, tales como el anodizado (donde se obtuvieron nanotubos de TiO2 con un diámetro entre 50-100nm) y el tratamiento alcalino (en el cual se obtuvieron porosidades
- Published
- 2017