金属基板上のTi3P + Ti2Ni二相層とTiN窒化層の摩擦学的および比較研究(PVD法による成膜)
Tribological and Comparative Studies of Ti3P + Ti2Ni Duplex Layers with TiN Nitride Layers on a Metal Substrate Deposited by PVD
本研究では、人工股関節の金属部品の耐久性を向上させるため、表面改質による摩擦、摩耗、腐食の低減効果を評価した。Ti6Al4V合金基板上に、プラズマおよびPVD法を用いて単層TiNコーティングと多層TiN + (Ti,N)3P + Ti3P + (Ti,Ni)コーティングを成膜し、超高分子量ポリエチレン(Chirulen 1020)との組み合わせで試験を行った。摩擦学的性能、表面状態、微細構造、化学組成を摩耗試験の前後に評価した結果、コーティングの種類と成膜方法が摩擦対の挙動に影響を与えることが示された。最も有望なシステムは、スパッタリングまたはプラズマ溶射による窒化チタンコーティングを施したTi6Al4V、および多層コーティングを施したTi6Al4Vであり、いずれもChirulen 1020との組み合わせで良好な結果を示した。特に、多層コーティングを施したTi6Al4VヘッドとChirulen 1020カップの組み合わせは、最も良好な摩擦対性能を示し、摩耗生成物の低減とインプラントの耐用年数の延長の可能性を示唆した。
- Ti6Al4V合金基板上にプラズマおよびPVD法で単層TiNコーティングと多層TiN+(Ti,N)3P+Ti3P+(Ti,Ni)コーティングを成膜し、摩擦学的性能・微細構造・化学組成を摩耗試験前後で評価した
- 超高分子量ポリエチレン(Chirulen 1020)との摩擦対試験で、コーティング種別と成膜方法が摩擦対の挙動に影響することが示された
- スパッタリングまたはプラズマ溶射によるTiNコーティングを施したTi6Al4V、および多層コーティングを施したTi6Al4Vが、Chirulen 1020との組み合わせで良好な結果を示した
- 多層コーティングを施したTi6Al4VヘッドとChirulen 1020カップの組み合わせが最も良好な摩擦対性能を示し、摩耗生成物低減と人工股関節インプラント耐用年数の延長可能性を示唆した
人工股関節のTi6Al4V製コンポーネントに対し、PVD/プラズマ成膜によるTiN単層およびTiN+(Ti,N)3P+Ti3P+(Ti,Ni)多層コーティングを適用し、超高分子量ポリエチレン(Chirulen 1020)との摩擦対で耐久性を評価した研究。多層コーティングのTi6Al4Vヘッド+Chirulen 1020カップが最も良好な摩擦特性と摩耗生成物低減を示した点は、整形外科インプラントの表面改質材料・成膜プロセスが製品寿命と差別化要因になり得ることを示唆する。医療用インプラント材料は認証・臨床試験のハードルが高いため、実用化と量産成膜プロセスの確立時期を投資判断では注視したい。