Нанесение покрытий на медицинские изделия методом вакуумного напыления обеспечивает как эстетические, так и функциональные преимущества. Далее представлены ответы на некоторые часто задаваемые вопросы.
Вакуумное напыление (PVD) – это процесс нанесения покрытий в вакууме, широко применяемый для улучшения рабочих характеристик режущих инструментов.
Майк Шульц, сооснователь компании Surface Solutions, говорит, что катодно-дуговое осаждение, выполняемое в его компании во Фридли, штат Миннесота, увеличивает срок службы инструмента в 10 раз по сравнению с инструментами без покрытия, обеспечивая ему более твердую, гладкую и износостойкую поверхность.
К тому же, он утверждает, что PVD-покрытия все чаще используются производителями медицинских изделий, что внешне отличает их от других подобных изделий и улучшает их характеристики, поскольку твердые инертные покрытия биосовместимы и не вступают в реакции с костями, тканями и физиологическими жидкостями. Примерами медицинских изделий, на которые наносятся покрытия в компании, могут служить дистракторы, боры и иглы, но также и «изнашиваемые» детали, используемые в различных сборных изделиях в стоматологии.
Шульц говорит, что такие покрытия обеспечивают стойкость режущей кромки, благодаря чему хирургические инструменты остаются острыми. Что касается других изделий, они снижают степень истирания между соприкасающимися компонентами из нержавеющей стали и способствуют предотвращению окисления и коррозии.
ДАЛЕЕ ОН ОТВЕЧАЕТ НА НЕСКОЛЬКО ВОПРОСОВ О PVD-ПОКРЫТИЯХ:
Что такое катодно-дуговое осаждение?
Катодно-дуговое осаждение – это процесс, в котором различные металлы испаряются из твердого исходного материала внутри вакуумной камеры с помощью вакуумной дуги.
Испаренные металлы (например, титан, хром, цирконий, алюминий и различные сплавы) вступают в реакцию с газом (как правило, азот и/или углеродсодержащий газ) и образуют материал покрытия, который конденсируется на покрываемых деталях. Процесс катодно-дугового осаждения обеспечивает высокий уровень ионизации металла (более 95%), что способствует хорошей адгезии металла к материалу подложки.
Данный процесс обычно обладает широким диапазоном рабочих режимов, что позволяет наносить качественные покрытия с использованием различных технологических параметров. Другие процессы нанесения покрытий, такие как ионное распыление, не настолько надежны и обладают меньшими диапазонами рабочих режимов, что затрудняет стабильное получение качественных покрытий.
Какие подготовительные работы необходимо провести перед нанесением покрытия?
Чтобы добиться хорошей адгезии покрытия, крайне важно, чтобы перед нанесением детали были чистыми. Поверхности деталей необходимо очистить от оксидов, следов электроэрозионной обработки и органических пленок, поскольку такие загрязнения могут неблагоприятно сказаться на качестве покрытия. Чтобы удалить загрязнения перед нанесением покрытий, компании используют такие методы, как полировка, галтовка, кислотное травление, а также пескоструйная и дробеструйная обработка стеклянной дробью.
Некоторые из этих методов могут повлиять на отделку поверхности деталей, поэтому компании, занимающиеся нанесением покрытий, зачастую совместно с клиентами разрабатывают процесс, отвечающий ожиданиям клиента с точки зрения качества покрытия и внешнего вида детали.
Как отражается процесс нанесения покрытия на острых краях?
Если у детали есть острые края, процесс очистки, который может отрицательно отразиться на их остроте, использовать не следует. К тому же, если покрытие наносится на очень мелкие или хрупкие детали, в процесс можно внести изменения для снижения нагрева и скорости нанесения покрытия. Такие изменения предотвратят перегрев и нанесение слишком толстого покрытия.
Какая отделка поверхности приводит к наилучшим результатам?
PVD-покрытия очень тонкие (от 0,0001 до 0,0005 дюйма) и, как правило, повторяют оригинальную поверхность детали (если используется абразивная очистка). Наилучшие результаты получают, когда поверхности гладкие. Отшлифованные или отполированные поверхности зачастую дают лучшие результаты, чем матированные или обработанные дробеструйно. Если на определенных участках детали должны быть матовые поверхности, лучше, чтобы покрытчик создал эту текстуру на детали. Если текстурой занимается поставщик детали, это приведет к загрязнениям данной области, что потребует дополнительной обработки и дополнительных затрат, на которые поставщик не рассчитывал.
Эффективная маскировка обеспечивает нанесение покрытия только на те участки, где это необходимо.
Какие температуры использовать в процессе нанесения покрытий?
Стандартная температура для нанесения всех покрытий компании Surface Solutions методом вакуумного напыления составляет приблизительно 800°F. Температура может изменить твердость деталей и вызвать их деформацию (усадку или расширение). Чтобы свести подобные эффекты к минимуму, мы предлагаем подвергать отпуску термочувствительные детали при 900-950°F перед нанесением покрытия.
На какие материалы можно наносить покрытия?
PVD-покрытия можно наносить на большинство металлов, которые выдерживают нагрев до 800°F. Наиболее распространенные материалы медицинского назначения включают нержавеющую сталь 303, 440C и 17-4, титановые сплавы и некоторые виды инструментальной стали.
PVD-покрытия, как правило, не используют на алюминии, поскольку температура в процессе нанесения приближается к точке плавления данного материала.
Какие покрытия чаще всего используются для медицинских изделий?
Компания Surface Solutions предлагает четыре вида PVD-покрытий для медицинских изделий. Наиболее распространенное покрытие – это нитрид титана (TiN) толщиной от 0,0001 до 0,0002 дюйма, с твердостью по Виккерсу от 2400 до 2600 HV, золотого цвета. На втором месте среди покрытий для медицинских изделий – нитрид титана-алюминия (AlTiN), который часто называют черным нитридом или черным титановым покрытием. Его толщина составляет от 0,0001 до 0,0002 дюйма, твердость по Виккерсу – от 4000 до 4200 HV, цвет – древесный уголь/черный.
Два других покрытия для медицинских изделий, которые предлагает компания, –это нитрид хрома (CrN) и Alpha. Толщина CrN составляет от 0,0001 до 0,0005 дюйма, твердость по Виккерсу – от 2200 до 2400 HV, цвет – серебристый. Alpha – это многослойное покрытие с нитридом циркония (ZrN) в качестве верхнего слоя; цвет – серебристо-золотистый. Его толщина составляет от 0,0001 до 0,0002 дюйма, оно обладает наибольшей твердостью по Виккерсу – от 4400 до 4600 HV.
Представители компании заявляют, что данное покрытие держится в два-четыре раза дольше, чем TiN из-за своей повышенной твердости, гладкости и абразивной стойкости.
Какими преимуществами обладает вакуумное напыление по сравнению с химическим осаждением из газовой фазы?
В отличие от химического осаждения из газовой фазы, при вакуумном напылении покрытия наносятся при гораздо более низкой температуре, а детали не нужно снова нагревать после нанесения. Кроме того, PVD-покрытия повторяют оригинальные контуры поверхности детали, а при химическом парофазном осаждении получается матовое покрытие, если деталь не отполировать после нанесения.
Какими преимуществами обладает вакуумное напыление по сравнению с анодированием?
В компании Surface Solutions занимаются нанесением покрытий на титановые сплавы и считают, что покрытия, нанесенные методом вакуумного напыления, оказываются более износостойкими, чем при анодировании, и лучше сохраняют цвет. Помимо медицинских изделий и режущих инструментов, PVD-покрытия также зачастую используются для повышения эксплуатационных характеристик и долговечности штамповочных, формовочных инструментов и компонентов, изготовленных литьем под давлением. Шульц говорит, что производители медицинских изделий, которые планируют использовать PVD-покрытия, должны связаться с компанией, занимающейся нанесением покрытий, чтобы убедиться, что получаемое покрытие компонентов соответствует их требованиям/желаниям и обладает наилучшим внешним видом.
Дерек Корн, Компания Modern Machine Shop
