Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта
За допомогою методiв потенцiодинамiчних анодних поляризацiйних кривих та хiмiчного аналiзу iонiв титану рiзної валентностi у розчинi на рiзних етапах електролiзу визначений вплив деформацiї (ступеню стиску при волочiннi титанового дроту через фiл’єри з кiнцевим зменшенням дiаметра вiд 3 до 40%) на ш...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29563 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта / В.А. Лавренко, К.А. Гогаев, В.Н. Талаш, В.В. Лось, Ю.Б. Руденко, К.Ю. Бошицкий // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 97-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859790927275491328 |
|---|---|
| author | Лавренко, В.А. Гогаев, К.А. Талаш, В.Н. Лось, В.В. Руденко, Ю.Б. Бошицкий, К.Ю. |
| author_facet | Лавренко, В.А. Гогаев, К.А. Талаш, В.Н. Лось, В.В. Руденко, Ю.Б. Бошицкий, К.Ю. |
| citation_txt | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта / В.А. Лавренко, К.А. Гогаев, В.Н. Талаш, В.В. Лось, Ю.Б. Руденко, К.Ю. Бошицкий // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 97-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | За допомогою методiв потенцiодинамiчних анодних поляризацiйних кривих та хiмiчного аналiзу iонiв титану рiзної валентностi у розчинi на рiзних етапах електролiзу визначений вплив деформацiї (ступеню стиску при волочiннi титанового дроту через фiл’єри з кiнцевим зменшенням дiаметра вiд 3 до 40%) на швидкiсть взаємодiї з електролiтом (3%-ний розчин NaCl) та на формування захисних оксидних плiвок Ti2O3 i TiO2. Показано, що найбiльший опiр корозiї мають титановi дроти зi ступенем деформацiї 3–10%, який вiдповiдає значному змiцненню iмплантату.
The influence of a deformation (crimping grade) at the broaching of a titanium wire through the drawing nozzles for a final decrease of the wire diameter in the range of 3. . . 40% on the rate of interaction with electrolyte (3% NaCl solution) and formation of Ti2O3 and TiO2 protective oxide films has been investigated using the anodic polarization curves method as well as the chemical analysis of titanium ions of different valences in the solution for different stages of electrolysis. It has been shown that titanium wires with the deformation grade of 3. . . 10% promoting the essential strengthening of the implant are characterized by the highest corrosion resistance.
|
| first_indexed | 2025-12-02T11:45:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
4 • 2010
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 546.821:620.193
© 2010
В.А. Лавренко, член-корреспондент НАН Украины К. А. Гогаев,
В.Н. Талаш, В. В. Лось, Ю.Б. Руденко, К. Ю. Бошицкий
Влияние предварительной деформации зубных
титановых имплантатов на их коррозионные свойства
в среде полости рта
За допомогою методiв потенцiодинамiчних анодних поляризацiйних кривих та хiмiч-
ного аналiзу iонiв титану рiзної валентностi у розчинi на рiзних етапах електро-
лiзу визначений вплив деформацiї (ступеню стиску при волочiннi титанового дроту
через фiл’єри з кiнцевим зменшенням дiаметра вiд 3 до 40%) на швидкiсть взаємо-
дiї з електролiтом (3%-ний розчин NaCl) та на формування захисних оксидних плiвок
Ti2O3 i TiO2. Показано, що найбiльший опiр корозiї мають титановi дроти зi ступенем
деформацiї 3–10%, який вiдповiдає значному змiцненню iмплантату.
В работе моделируется влияние деформации различной степени, реализуемой в результате
волочения титановой проволоки ⊘ 3 мм через фильеры различного диаметра, на скорость
ее коррозии в среде полости рта. Деформацию образцов Ti-проволоки различной степе-
ни осуществляли с целью повышения прочностных характеристик титанового импланта-
та. Соответствующие кинетические исследования проведены в трехэлектродной электро-
химической ячейке с титановой проволокой чистоты 99,9% в качестве анода и Pt-катодом.
В качестве электрода сравнения использован Ag/AgCl/KCl (хлорсеребряный) электрод. Все
потенциалы в работе даны по отношению к этому стандартному электроду.
Поляризационные кривые окисления (коррозии) образцов снимали в 3% растворе NaCl
при 20 ◦С с использованием потенциостата ПИ–50–1 при скорости изменения потенциала
анода 0,5 мВ/с. Полученные потенциодинамические поляризационные кривые приведены
на рис. 1, а, б для зачищенных от поверхностной пленки образцов и для незачищенных, со-
держащих на поверхности тонкие хемосорбционные пленки кислорода (как известно, титан
является отличным сорбентом — поглотителем О2).
Для недеформированного образца его диаметр составлял 3 мм, после протяжки через
фильеры — от 2,9 до 1,8 мм (через каждые 0,1 мм). Всего было исследовано 26 образцов;
соответствующие поляризационные кривые окисления сняты в области потенциалов анода
от стационарного до +2,10 В.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 97
Рис. 1. Анодные поляризационные кривые окисления исходного (⊘ 3 мм) и деформированных (⊘ 1,8–2,8 мм)
образцов: а — предварительно зачищенные образцы титановой проволоки в 3%-ном растворе NaCl; б —
незачищенные
Как видно из рис. 1, а, на первом этапе окисления, почти до потенциала 1,4 В, для
зачищенных от поверхностной пленки образцов наиболее коррозионно-стойким оказался
недеформированный образец титана, a priori все же содержащий на поверхности тончай-
ший слой адсорбированного кислорода. Этот слой полностью снимается при электролизе
в области потенциалов анода от −0,23 до −0,12 В.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
В отличие от деформированных образцов проволок, область анодных потенциалов рас-
творения недеформированной Ti-проволоки очень мала — от −0,50 до 0,00 В.
Здесь имеет место реакция начального растворения поверхностного слоя образца с пе-
реходом в раствор титанил-ионов:
Ti + H2O = TiO2+ + 2H+ + 4e−. (1)
Указанное растворение быстро заканчивается и в области потенциалов от 0 до +1,40 В
имеет место наличие предельного тока ia = const, характеризующего процесс равномер-
ного роста оксида титана более низкой степени окисления — с валентностью, равной 3,
т. е. термодинамически наиболее равновесного из Ti-оксидов — Ti2O3:
2Ti + 3H2O = Ti2O3 + 6H+ + 6e−, (2)
тем более, что перед формированием такой защитной пленки (на изгибе поляризационных
кривых до ia = const) в течение очень небольшого времени фиксируется реакция
Ti = Ti3+ + 3e− (3)
перехода титана в раствор в виде трехвалентных ионов.
Количество титана в растворе в состояниях Ti3+- и TiО2+-ионов в электролите для
различных стадий растворения на различных поляризационных кривых определяли мето-
дом химического анализа. Общее количество титана в растворе определяли экстракцион-
но-спектрофотометрическим методом [1]. При 1 < pH <3 титан образует с пирокатехином
(H2Pct) и амидом адомантан-угольной кислоты C10H15 CONH2(Ad) комплексное соедине-
ние TiOH(HPct)3Ad2, легко экстрагируемое хлороформом. Кривые поглощения света эк-
страктом хлороформа характеризуются одной абсорбционной полосой поглощения с мак-
симумом при длине волны λ = 410 нм (молярный коэффициент поглощения E = 10000).
Затем 10 см3 раствора, после анодного растворения титан-содержащих соединений, помеща-
ли в измерительную реторту объемом 25 см3, после чего 8 см3 1 М раствора пирокатехина
разбавляли до pH 2,0 (присутствие кислоты контролировали pH-метрически) и экстрагиро-
вали 10 см3 0,1 М раствора амида Ad в хлороформе. Оптическую плотность экстракта изме-
ряли при λ = 410 нм в кварцевой ванночке при толщине слоя раствора в 1 см при помощи
спектрофотометра СФ-4 A. Общее содержание титана в растворе определяли по калибро-
вочным диаграммам. Чувствительность метода составляла 0,2 мкг Ti/см3, относительная
ошибка определения — до 5%. Присутствие в электролите Ti3+ — ионов при одновременном
наличии четырехвалентных ионов TiО2+ определяли по реакции их взаимодействия с би-
ацетил-ацетон-этилен-диамином [2]. При этом образовывалось розовое комплексное соеди-
нение трехвалентного титана. Как известно [3], четырехвалентный титан с этим реактивом
не взаимодействует. Его концентрацию можно рассчитать исходя из уравнения
CTi(IV) = CTi − CTi(III). (4)
Образующаяся при окислении пленка Ti2O3 является вполне совершенной, и только при
достаточно высоком потенциале, более +1,40 В (до 1,55 В), снова начинается растворение
образца, согласно реакции (3), и затем, от потенциала 1,55 и до 1,90 В, наконец, насту-
пает пассивация поверхности образца с образованием конечного продукта коррозии TiO2,
согласно уравнению
Ti + 2H2O = TiO2 + 4H+ + 4e−. (5)
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 99
Рис. 2. Диаграмма состояния системы Ti−O
Наличие на поверхности образцов тонких пленок трехвалентного Ti2O3 и четырехва-
лентного титана (рутила TiO2) обычно идентифицируется на поверхности окисляемых ти-
тановых образцов электроннографическим методом [4].
Однако здесь следует отметить образование второго оксидного слоя — довольно тон-
кой и менее совершенной, чем в случае деформированной проволоки, пленки рутила TiO2,
т. е. второй оксидный слой на имплантате может оказаться недостаточно защитным.
Несмотря на то что, согласно диаграмме состояния Ti−O, при различных условиях оки-
сления могут образовываться оксиды Ti3O, Ti2O, Ti3O2, TiO, Ti2O3, Ti3O5 и TiO2 (рис. 2),
предпочтительным является образование оксидов с наиболее отрицательными величина-
ми энергии образования. Из всех оксидов титана наиболее отрицательные энергии обра-
зования имеют Ti2O3 (∆H0
обр = −1518 кДж/моль) и тетрагональная фаза рутила TiO2
(∆H0
обр = −944 кДж/моль).
Что касается влияния степени деформации титановой проволоки, то до потенциалов
+1,40 В весьма коррозионно-стойкими являются образцы со сравнительно малой степенью
деформации (их диаметр после протяжки составляет 2,8 и 2,7 мм), а также с наибольшей
степенью деформации (d = 1,8 мм), хотя первый оксидный слой Ti2O3 на образцах ⊘ 2,8 мм
и ⊘ 1,8 мм не является столь совершенным, как на образце ⊘ 3 мм. Первичные дефекты
в слое Ti2O3 из-за неоднородности структуры в результате наклепа обусловливают область
предельного тока на соответствующих поляризационных кривых, которая не четко перпен-
дикулярна оси абсцисс (см. рис. 1, а). То же можно сказать и об области деформации для
протянутых проволок в интервале диаметров 2,6–1,9 мм.
Что касается механизма процесса, то здесь — во всей области анодных потенциалов —
сначала коррозия осуществляется согласно реакции (1), затем в течение сравнительно боль-
шого периода времени растворение титана происходит по реакции (2) и лишь затем, при
довольно высоких скоростях взаимодействия, по реакции (5).
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
Однако при сравнительно небольших степенях деформации, соответствующих диаме-
трам титановой проволоки ∼ 2,7–2,8 мм, а также при высоких степенях деформации
(⊘ ∼ 1,8–1,9 мм) конечная стадия коррозионного взаимодействия (см. рис. 1, а) приведет
к более совершенной структуре поверхности имплантата именно за счет верхнего защитно-
го слоя на нем, т. е. слоя рутила TiO2.
Однако для титановой проволоки ⊘ 2,7 мм первый, ближайший к основе слой Ti2O3
также оказался довольно равномерным, с наименьшим количеством дефектов структуры.
Таким образом, образец ⊘ 2,7 мм с двумя практически совершенными слоями оксидной
пленки (Ti2O3 и TiO2) оказался наиболее коррозионностойким.
Если же перед началом коррозионных опытов образцы проволоки механически не за-
чищались, т. е. их поверхность a priori не очищается от хемосорбированного кислорода, то
для деформированной проволоки первой стадией коррозионного процесса является область
потенциалов −0,25. . . + 0,35 В, а для недеформированной — вплоть до +1,10 В, где на-
блюдается стадия десорбции хемосорбированного кислорода (см. рис. 1, б ). По сравнению
с зачищенными проволоками, в данном случае область десорбции для всех образцов ока-
залась более протяженной.
Механизмы коррозионного процесса титановой проволоки в 3%-ном растворе NaCl в дан-
ном случае можно объединить в три группы. В первой группе находится недеформирован-
ная проволока, процесс ее коррозии протекает в две стадии. Сначала образец корродирует
в соответствии с электрохимической реакцией (1) образования в электролите титанил-ионов
в области потенциалов +1,10. . .+1,50 В, а затем пассивируется при потенциале +1,50. . .+
+2,00 В с образованием рутиловой пленки TiO2, еще менее плотной, чем в случае коррозии
зачищенного образца. Ко второй группе можно отнести только деформированный образец
⊘ 2,9 мм (см. рис. 1, б ); здесь коррозия протекает по схеме реакций (1) → (2) → (1) → (5).
В данном случае пленка Ti2O3 хотя и образуется, но она недостаточно стабильна (наибо-
лее дефектные места этой пленки частично растворяются, согласно реакции (3)). Образец
⊘ 2,8 мм находится в третьей группе, как и все остальные деформированные незачищенные
образцы. Здесь процесс коррозии протекает по схеме реакций (1) → (3) → (2) → (1) → (5),
но из всех образцов этой группы проволоки ⊘ 2,7 и ⊘ 2,8 мм характеризуются наименьшей
коррозией, однако для всех образцов данной группы, в конечном итоге, коррозия больше,
чем для зачищенных образцов.
Таким образом, для уменьшения коррозии и повышения срока службы титанового им-
плантата в среде полости рта необходима соответствующая подготовка поверхности (зачист-
ка) образцов, а также их предварительное волочение через фильеры до величин деформа-
ции, приводящих к уменьшению диаметра титановой проволоки от 3 мм до 2,7–2,8 мм.
1. Набиванец Б.И., Князева Е.Н., Клименко Е.П., Довгань Н.Л. Метод определения концентрации
титана в растворе // Журн. аналит. химии. – 1982. – 37, № 2. – С. 247–250.
2. Гамбаров Д.Г., Бабаев А.К. Органические реактивы в аналитической химии. Т. 1. – Киев: Наук.
думка, 1976. – 156 c.
3. Лавренко В.А., Лысенко Е.В., Князева Е.Н. и др. Особенности анодного поведения карбида титана
в серной кислоте // Докл. АН СССР. – 1982. – 267, № 6. – С. 1395–1398.
4. Пинскер З. Г. Дифракция электронов. – Москва: Изд-во АН СССР, 1949. – 404 с.
Поступило в редакцию 01.07.2009Институт проблем материаловедения
им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев
Национальный медицинский университет
им. А.А. Богомольца, Киев
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2010, №4 101
V. A Lavrenko, Corresponding Member of the NAS of Ukraine K.A. Gogaev,
V.N. Talash, V.V. Los’, Yu.B. Rudenko, K.Yu. Boshitsky
Effect of a preliminary deformation of tooth titanium implants on their
corrosion properties in the mouth cavity medium
The influence of a deformation (crimping grade) at the broaching of a titanium wire through the
drawing nozzles for a final decrease of the wire diameter in the range of 3. . . 40% on the rate of
interaction with electrolyte (3% NaCl solution) and formation of Ti2O3 and TiO2 protective oxide
films has been investigated using the anodic polarization curves method as well as the chemical
analysis of titanium ions of different valences in the solution for different stages of electrolysis. It
has been shown that titanium wires with the deformation grade of 3. . . 10% promoting the essential
strengthening of the implant are characterized by the highest corrosion resistance.
102 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2010, №4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-29563 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T11:45:32Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лавренко, В.А. Гогаев, К.А. Талаш, В.Н. Лось, В.В. Руденко, Ю.Б. Бошицкий, К.Ю. 2011-12-16T17:50:46Z 2011-12-16T17:50:46Z 2010 Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта / В.А. Лавренко, К.А. Гогаев, В.Н. Талаш, В.В. Лось, Ю.Б. Руденко, К.Ю. Бошицкий // Доп. НАН України. — 2010. — № 4. — С. 97-102. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29563 546.821:620.193 За допомогою методiв потенцiодинамiчних анодних поляризацiйних кривих та хiмiчного аналiзу iонiв титану рiзної валентностi у розчинi на рiзних етапах електролiзу визначений вплив деформацiї (ступеню стиску при волочiннi титанового дроту через фiл’єри з кiнцевим зменшенням дiаметра вiд 3 до 40%) на швидкiсть взаємодiї з електролiтом (3%-ний розчин NaCl) та на формування захисних оксидних плiвок Ti2O3 i TiO2. Показано, що найбiльший опiр корозiї мають титановi дроти зi ступенем деформацiї 3–10%, який вiдповiдає значному змiцненню iмплантату. The influence of a deformation (crimping grade) at the broaching of a titanium wire through the drawing nozzles for a final decrease of the wire diameter in the range of 3. . . 40% on the rate of interaction with electrolyte (3% NaCl solution) and formation of Ti2O3 and TiO2 protective oxide films has been investigated using the anodic polarization curves method as well as the chemical analysis of titanium ions of different valences in the solution for different stages of electrolysis. It has been shown that titanium wires with the deformation grade of 3. . . 10% promoting the essential strengthening of the implant are characterized by the highest corrosion resistance. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта Effect of a preliminary deformation of tooth titanium implants on their corrosion properties in the mouth cavity medium Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта Лавренко, В.А. Гогаев, К.А. Талаш, В.Н. Лось, В.В. Руденко, Ю.Б. Бошицкий, К.Ю. Матеріалознавство |
| title | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| title_alt | Effect of a preliminary deformation of tooth titanium implants on their corrosion properties in the mouth cavity medium |
| title_full | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| title_fullStr | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| title_full_unstemmed | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| title_short | Влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| title_sort | влияние предварительной деформации зубных титановых имплантатов на их коррозионные свойства в среде полости рта |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/29563 |
| work_keys_str_mv | AT lavrenkova vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT gogaevka vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT talašvn vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT losʹvv vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT rudenkoûb vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT bošickiikû vliâniepredvaritelʹnoideformaciizubnyhtitanovyhimplantatovnaihkorrozionnyesvoistvavsredepolostirta AT lavrenkova effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium AT gogaevka effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium AT talašvn effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium AT losʹvv effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium AT rudenkoûb effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium AT bošickiikû effectofapreliminarydeformationoftoothtitaniumimplantsontheircorrosionpropertiesinthemouthcavitymedium |