CH701726B1 - Substrato per giunti ortopedici resistenti all'usura, in metallo non ferroso, con rivestimento a base di nitruri. - Google Patents

Abstract

Si descrivono substrati per giunti di impianti ortopedici in cui almeno una delle superfici di scorrimento, in leghe di metallo non ferroso, in particolare in leghe di Cobalto, Cromo, Molibdeno, ha un rivestimento consistente di nano strati di Nitruro di Niobio alternati a nano strati di Nitruro di Cromo, il tutto essendo protetto da un microstrato di Nitruro di Cromo.

Description

Scenario dell’invenzione

[0001] La presente invenzione si riferisce ad impianti ortopedici, in particolare a protesi di anca e ginocchio, sostanzialmente comportanti un substrato metallico con rivestimento ceramico a base di nitruri, biocompatibile, ipoallergenico, resistente all’usura, a basso rilascio di ioni e ad alta adesione. Più in particolare l’invenzione si riferisce a substrati di giunti ortopedici, in leghe di Co-Cr-Mo rivestiti con nanostrati di nitruri di Niobio, nanostrati di nitruri Cromo, protetti da almeno un microstrato di nitruro di Cromo.

Stato della tecnica

[0002] Per le procedure chirurgiche maggiormente impiegate, ad esempio THA (Total Hip Artroplasty), HR (Hip Resurfacing), TKA (Total Knee Arthroplasty) o UCA (Unicompartimental Knee Arthroplasty), il corrente, predominante concetto di protesi di giunto è quello cosiddetto Metallo su Polietilene (MOP); nel caso dell’anca, una testa metallica femorale si muove contro una cupola acetabulare. Tra gli inconvenienti si possono citare: 1) – alta usura sul polietilene generatrice di detriti che scatenano una risposta biologica portante a osteolisi (Docum. 3 della Bibliografia riportata come pagine 16–18 della Descrizione); 2) – un meccanismo di usura chiamato «lubrificazione frontaliera» (8) col quale l’usura cresce al crescere del diametro della cupola.

[0003] Giunti di ceramica-su-ceramica (COC) sono offerti in alternativa con bassi e più biocompatibili detriti di usura, ma la fragilità di queste ceramiche di alluminio e zirconio non consente le grandi teste (36 mm e più) e le cupole acetabulari richieste nella procedura (HR) e desiderate nel (THA).

[0004] Giunti di metallo su metallo (MOM) consentono grandi componenti in virtù del favorevole regime di lubrificazione (chiamato «lubrificazione a tutto film fluido») (8) col quale si riduce l’usura all’aumentare delle dimensioni della testa, però vengono rilasciati ioni metallici dalla massa consistente di lega di cobalto-cromo, come pure dai detriti di usura per l’effetto corrosivo del contatto a lungo termine col fluido corporeo. L’ammontare di ioni rilasciati aumenta con le dimensioni della testa creando così maggiori preoccupazioni per le teste grandi usate nel rifacimento superficiale dell’anca. Questi ioni causano azioni allergiche (8) chiamate ipersensibilità metallica o anche metallosi, su circa il 2% di pazienti. Alcuni studi clinici recenti (18, 19, 20, 21, 22) addebitano questa reazione all’osteolisi e al corto tempo di servizio dell’impianto. Tuttavia l’intero meccanismo di causa-effetto non è stato descritto scientificamente (22) per cui è necessaria una ricerca più spinta sull’allergia metallica. Al giorno d’oggi queste condizioni non possono essere rilevate da prove di selezione prechirurgiche. Ancora un altro fattore limitativo del MOM è la potenziale genotossicità a lungo termine di ioni di cobalto e cromo che possono danneggiare i cromosomi in funzione della dose così come è stato constatato in studi in vitro (27); anche qui una ricerca più approfondita e studi clinici specifici dovrebbero convalidare questo rischio. Nonostante la mancanza di una testimonianza scientifica i fattori sia dell’ipersensibilità che della genotossicità rendono la filosofia del MOM meno attraente nonostante i suoi ovvi vantaggi tribologici e di durata.

Descrizione dell’arte nota

[0005] Per eliminare dubbi ed inconvenienti, si fà ricorso alle tecniche di rivestimento fra le quali ci si limita ad accennare alle seguenti:

a) Rivestimenti con nitruro

[0006] su acciaio e leghe metalliche sono stati effettuati da diverse decadi e danno luogo a superfici dure e resistenti all’usura soprattutto nell’industria della coltelleria e degli arnesi di taglio oltre che nei componenti per motori diesel. Ciò è dovuto alla facilità di deposito delle tecnologie attuali come l’(AEPVD, Are Evaporative Vapor Deposition) chiamate anche (ACA, Cathodic Are Deposition) (25).

b) Giunti ortopedici rivestiti con Nitruro di Titanio (TiN).

[0007] Malgrado la biocompatibilità del Titanio, l’impiego di rivestimenti con (TiN) su dispositivi medicali ed applicazioni ortopediche è abbastanza limitato.

[0008] Il Brevetto svizzero CH621 476 (Hintermann) descrive rivestimenti di Nitruro di Titanio (TiN) su acciaio per aumentare la resistenza alla corrosione di utensili di taglio sterilizzati; lo stesso Inventore raccomanda nell’USP 4 687 487, l’uso di sottili rivestimenti di TiN (2–3 micrometri) per impianti ortopedici su leghe di Cobalto o Titanio al fine di aumentare la loro resistenza allo scorrimento e all’usura.

[0009] Il rivestimento di TiN è stato applicato nella procedura (UCA Unicompartimental Knee Arthro-Plasty) già dal 1989 sul componente femorale distale con successo clinico; esso ha contribuito a minimizzare l’usura del PE in movimento contro il piatto tibiale (1, 10); tuttavia nella suddetta procedura (THA) lo stesso rivestimento applicato sulle teste femorali contro cupole in PE non ha avuto sempre successo; attualmente i detriti di usura provenienti dallo strato TiN danneggiano i giunti di anca come terzo corpo di usura (14, 15).

[0010] Il brevetto europeo EP1 009 334 (K. Hamelijnck) (2) insegna che uno strato molto sottile (inferiore a 1 micrometro) di TiNbON darebbe luogo ad uno strato protettivo di protesi in carburi contenenti CoCrMb contro l’usura dato che la durezza del TiNbON è più alta di quella dei carburi. La relativa tecnologia ACCIS (26) è stata applicata su teste metalliche femorali e su cupole acetabulari nelle dette procedure HR e THA; questi sottilissimi rivestimenti riducono effettivamente l’usura di incorporamento, ma non sono resistenti alle particelle usuranti di terzi corpi duri come le punte di cementi di ca. 2 micron.

[0011] Il maggior limite per il rivestimento in TiN è dato dalla sua adesione sulle leghe CoCr, che si traduce in rotture coesive (5) allorché viene depositato in rivestimenti superiori a 5 micron. Ciò può essere spiegato con lo stress risultante dai differenziali di dilatazione termica e dall’assenza di affinità chimica tra il rivestimento (Ti) e il suo substrato (CoCrMo). Tuttavia un rivestimento con spessore di 5 micron si usurerà in pochi anni se si muove contro un rivestimento duro, specialmente in presenza di detriti da terzo corpo (particelle di cemento ecc.) il cui spessore potrebbe essere di 2–3 micrometri. Ma ciò limiterebbe la durata di servizio della protesi in una misura inacettabile.

c) Giunti ortopedici in Nitruro di Cromo (CrN).

[0012] L’EP 0 821 922 (C. Hubin) descrive una protesi d’anca con giunti in CrN con spessori da 2 a 10 micrometri, che sarebbero meno fragili delle pre-ceramiche e più resistenti all’usura del PE.

[0013] L’EP 1 404 257 insegna che il CrN è superiore al TiN nella resistenza a rottura coesiva e pertanto può essere rivestito con rivestimenti di 10 micrometri e più.

[0014] Anche se il CrN non è stato usato in applicazioni ortopediche industriali esso è stato oggetto di parecchie valutazioni in-vitro comportanti simulatori di usura e di giunto d’anca (3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11). Questi studi in-vitro evidenziano diversi aspetti rispetto a leghe non rivestite di CoCr e di TiN: 1) Aumentata adesione al substrato di CoCr rispetto al TiN (5); 2) Una riduzione da 22 a 36 volte del tasso dell’usura rispetto a una lega CoCr non rivestita, dopo 5 milioni di cicli di corsa normale (4, 6); ed un differenziale perfino più alto nel carico in fase di oscillazione (carico più alto e micro separazione) (7, 9); il simulatore di usura perno-su-plastra mette in evidenza un maggior differenziale di usura (più di 100 volte) tra CrN e TiN (5). 3) Citotossicità di detriti di usura inferiore di 10 volte (effetto su fibroblasts L929 e U936 Macrophages) al CoCr non rivestito (4).

[0015] Nonostante tutti questi vantaggi del metallo non rivestito e del rivestimento di TiN, gli studi con simulazione sul giunto d’anca evidenziano un certo livello di rischio nella concentrazione di ioni cromo nel fluido corporeo simulato: se il suo livello a normali ritmi è, ad esempio, come indicato nella figura 6 di (4) sotto alto carico e «microseparazione», lo stesso livello è di lunga maggiore delle altre concentrazioni di ioni, e vicino al corrispondente livello nelle superfici non rivestite metallo-su-metallo, come indicato nella fig. 2 di (7).

[0016] Inoltre un esame ravvicinato delle superfici del giunto dopo due milioni di cicli di normale processo su un simulatore d’anca evidenzia piccoli strappi superficiali isolati (6); mentre questi possono essere eliminati utilizzando i parametri del processo di deposizione, si evidenzia una sensibilità verso fragilità e mancanza di adesione, che richiedono una maggiore attenzione;

d) Nitruro Cromo-Niobio (NbCrN); Arte Nota relativa alla composizione.

Importanza della microstruttura.

[0017] TiN e CrN ottenuti con tecniche sopra descritte (PVD) hanno una struttura «colonnare» caratterizzata da vuoti e da densità superficiale relativamente bassa. In questa microstruttura i grossi cristalli di TiN o CrN non sono stabilizzati sui loro contorni e ciò può tradursi in vuoti ed in una densità superficiale relativamente bassa così come descritto nel brevetto US 4 981 756; inoltre lo stress creato dall’usura e/o corrosione può tradursi in crepature nell’interfaccia tra cristalli. D’altra parte il Nitruro di Niobio non ha struttura colonnare e ha perciò la capacità di stabilizzare l’interfaccia cristallina che si traduce in un miglioramento della resistenza alla corrosione inter-cristallina, così come descritto negli studi sulle leghe con acciaio per allungare la vita delle fornaci di trattamento termico (28).

[0018] Altra prova empirica di questo effetto del Niobio o Nitruro di Niobio sulla microstruttura della lega può essere ritrovata nel brevetto US 6 409 852 che indica un’aggiunta dell’ 1% in peso dell’Nb in una lega Ti-7,5 Mo che aumenta la sua durezza del 22%. Ancor più rilevanti sono le modifiche delle ceramiche di Nitruri con NbN; Y.Yahisa ha trovato che l’aggiunta di NbN nel TiN e nel Nitruro di Zirconio si traduce in dischi di registrazione magnetica più duri e più durevoli soprattutto riducendo la dimensione dei loro grani (29).

[0019] Nel progetto di sviluppo dell’EEC «Newcrome Brite/Euran», il consorzio ha creato un super-lattice CrN/NbN da depositarsi sull’acciaio per deposizione fisica al vapore (PVD) per sostituire il vecchio e inquinante rivestimento di Cromo elettroplaccato (30, 31, 32, 33). In due distinte regioni, composizioni con alto e basso contenuto di N, le durezze erano praticamente costanti (rispettivamente 3589 e 3600 Hk) (32) contro i 2500 Hk per il CrN (6). Questi risultati del consorzio confermano i dati precedenti di Yahisa (29) ottenuti su TiN e ZrN. Essi provano anche che la microstruttura potrebbe essere influenzata dai parametri del processo del rivestimento: a più alte energie di ioni, la struttura del film cambia da un colonnare grezzo ad una struttura più densa e liscia (32).

[0020] J.N. Tan (34), dopo ulteriore studio dei superlattici depositati con spruzzo sbilanciato al magnetron, indica che i composti ricchi di Cr hanno attrito e usura più bassi della formulazione ricca di Nb.

e) Nitruro/Cromo; Applicazioni secondo l’Arte Nota

[0021] Il brevetto US n° 6 852 419 (G. Stachowiak) descrive un rivestimento pluri-strato per il controllo solare consistente di uno strato di NbCrN capace di riflessioni all’infrarosso, inserito tra 2 strati dielettrici. Questo strato intermedio è stato scelto per la sua buona corrosione contro calde soluzioni alcaline come pure per la sua buona resistenza alla grattatura.

[0022] Nel brevetto US n° 5.593.234 (M.-J. Liston) si descrive un assemblaggio di supporto in cui almeno una porzione dei suoi componenti è rivestita con materiale iperduro superficiale di super-lattice policristallino che può consistere di nano-strati di NbN e CrN. Si mostra che l’assemblaggio è superiore in durata al supporto metallico non rivestito (fig. 6). Nel brevetto DE n° 10 011 583 (L. Parenti) (corrispondente alla domanda di Brev. italiana PC 1999A 00009) è descritto un attrezzo avente un rivestimento consistente di strati alternati di CrN e NbN insegnando così che questa combinazione consente di ridurre le dimensioni dei grani e perciò la resistenza all’usura.

[0023] Nella Pubblicazione PCT-W09 965 537 (B. Starck) è descritto un rivestimento superficiale per stents, consistente di Tantalio e Niobio ottenuto con impianto di ioni e scelto tra altri rivestimenti, per la sua biocompatibilità e duttilità superiore al TiN.

[0024] In definitiva l’Arte Nota ha sperimentato i Nitruri di Ti e Cr nei giunti ortopedici accertando la mancanza di adesione al substrato dopo l’effetto combinato dell’usura e la corrosione da parte del fluido corporeo, per via della microstruttura colonnare. Nemmeno sottili mono-strati di Ti Nb Nitruri sono efficaci come protettori contro l’usura da parte di corpi duri terzi. D’altra parte il deposito di NbN su leghe non ferrose come CoCr Mo non è stato sperimentato per giunti ortopedici, nonostante la sua biocompatibilità e la ben nota assenza di struttura colonnare nel caso di deposito sull’acciaio.

[0025] Al meglio delle nostre conoscenze l’Arte Nota ignora un rivestimento consistente di una combinazione di nano-strati di CrN e NbN.

Sommario dell’invenzione

[0026] Gli scopi principali dell’invenzione sono ora: minimizzare la quantità di detriti da usura e di ioni metallici creati nell’articolazione di giunti, riducendo così il rischio di reazione di ipersensitività che porta ad infiammazioni ed osteolisi; prevenire migrazioni di ioni metallici dalla massa metallica derivante dagli effetti corrosivi causati dal lungo contatto di fluido corporeo col metallo nudo riducendo così i rischi di ipersensibilità; provvedere più detriti di usura biocompatibile: gli ioni di Nobio, a differenza del Cobalto, Cromo e Nickel non inducono risposte biologiche negative; allungare la vita dell’impianto dato che nella maggioranza il fallimento finale di un impianto ortopedico è raggiunto allorché la coppia aumentata di articolazione eccede la resistenza della fissazione dell’impianto. Il minore tasso di usura del rivestimento mantiene una bassa coppia per una più lunga vita di servizio; consentire la fabbricazione di più grossi giunti a basso attrito.

[0027] Il favorevole regime di lubrificazione a film fornito dal duro rivestimento privo di vuoti riduce l’attrito dei più grossi giunti richiesti dal mercato per aumentare le funzioni dell’impianto ed in particolare l’ambito del movimento.

[0028] Gli scopi sopra menzionati sono raggiunti con i substrati secondo le rivendicazioni, caratterizzati da un rivestimento contenente nanostrati di nitruri di Niobio e nanostrati di nitruri di doro, protetti da almeno un micro-strato di Nitruro di Cromo.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione dell’invenzione

[0029] Gli impianti di riferimento hanno caratteristiche del tipo: a) Substrato. Il materiale del substrato consiste delle varie leghe di Co, Cr, Mo usate in ortopedia quali quelle rispondenti alle norme ISO 5832 – 405 832-6 05 832-12, che possono essere formate per getto o forgiatura e contengono un alto livello di carbonio (rispettivamente 0,35% e 0,014%) per essere sottomesse a trattamento a caldo come la pressatura isostatica a caldo (HIP) e la ricottura in soluzione. b) Impianto. Un emblematico impianto d’anca a superficie rifatta comprende un componente femorale ed uno acetabulare, le cui caratteristiche geometriche sono: 1) Luce diametrale: 150–250 micron (differenza tra i diametri di una cupola media e di una testa femorale media); 2) Deviazione dalla sfericità: inferiore a 10 micrometri; 3) Indice di rugosità superficiale (Ra): inferiore a 0,025 micrometro; c) Prototipi. Gli impianti prototipi che hanno superfici di contatto da rivestire soddisfano le specifiche geometriche elencate al punto b). d) Materiali di Rivestimento e Processo. I materiali da rivestimento utilizzati negli esempi, in particolare per le superfici scorrevoli (una sulla testa e una sulla cupola) sono ottenuti per deposito di vapore (AEPYD) in reattore di Hauzer di tipo Flexicoat RTC 850 con 3000 strati alternati di 1 nanometro per il superlatex (SL) ed 1 strato di 3 micrometri per il CrN.

Come metodi di collaudo si è fatto ricorso a:

[0030] 1) Test di cavitazione, e microscopia di scansione (esplorazione) di elettroni: 2) Usura delle protesi totali d’anca con come da norma ISO 14242-1 Tribologia – simulatore d’anca; 3) Concentrazione ionica di Cromo e Cobalto.

Forme di realizzazione preferite.

[0031] Le descrizioni di questi metodi di prova si ritrovano nella letteratura citata nella Bibliografia riportata alla fine degli esempi.

[0032] È sottinteso che anche se questa invenzione è descritta con particolare riferimento agli esempi (e alle fig. 1–3), l’ambito di essa non può intendersi limitato a quanto esemplificato e rappresentato. Gli esperti del ramo apprezzeranno il fatto che i suoi insegnamenti possono essere usati in una più ampia varietà di applicazioni

Esempio 1: – spilli e disco per test di tribologia (spillo-su-disco) in siero di bovino.

[0033] Spilli o aghi di 6 mm di diametro e di 15 mm di lunghezza, ad estremità semisferica, in lega di CoCrMo secondo la norma ISO 5832-12 (forgiati a basso contenuto di Carbonio) e dischi di 30 mm di diametro e 3 mm di spessore vennero lavorati alla macchina e sottomessi a pulitura superficiale fino ad un fattore di rugosità di 0,025 come da norma ISO 4287. a) una porzione di aghi e dischi fu lasciata senza rivestimento ed è denominata di «controllo»; b) un’altra porzione di aghi e dischi fu rivestita con 2,96 micrometri di Superlatex (SL) consistente di nano-strati con spessore di 2 nanometri di NbN e CrN ottenuti per deposito di vapore (AEPVD), denominato «Superlatex». Si effettuò una pulitura superficiale finale fino ad un fattore di scabrosità inferiore a 0,025 micrometro; c) aghi e dischi furono rivestiti con 2,1 micrometri di Superlatex consistente di nano-strati alternati di 2 nanometri di NbN e CrN, in contatto con il substrato ed uno strato esterno di 2,5 micrometri di CrN. Tutti gli strati furono depositati con tecnica AEPVD denominati «Superlatex SL/CrN. Si effettuò una lisciatura superficiale finale fino ad un fattore di rugosità di 0,025 micrometro.

[0034] I campioni furono processati in un tribometro rotativo immerso in una soluzione al 25% di siero di mucca e al 75% di acqua deionizzata con 15 Newtons di carico e con una tensione herziana di 1,572 GpA; la lunghezza della pista era di 6000 metri.

[0035] Alla fine della prova i campioni furono analizzati su un profilometro ed il volume dell’usura fù determinata. Fù altresì calcolata l’entità dell’usura espressa (in m3/N.m), vedesi la Tabella seguente: <tb><sep>Tasso di usura (m3/N.m)<sep>Spessore dello strato(micrometri) <tb>Non rivestito (di controllo)<sep>48 OE-16:<sep>Nessuno <tb>Superlatex (SL)<sep>5.9E-16<sep>2.96 <tb>Superlatex/CrN (SL/CrN)<sep>6.8E-16<sep>4.57

[0036] Ciò mostra la maggior resistenza all’usura delle strutture basate sul Superlatex (SL) rispetto ai campioni non rivestiti, tuttavia nonostante la sua leggermente maggiore usura SL/CrN fù giudicata più promettente per via del suo maggior spessore di rivestimento. Non è correntemente possibile produrre strati superlatex con spessori superiori di 3 micrometri senza danneggiarne la resistenza. D’altra parte, rivestimenti con spessori minori di 3 micrometri non sono in grado di assicurare una vita dell’impianto più lunga di 20 anni. Pertanto l’uso di superlatex senza CrN non è vitale per questa applicazione.

Esempio 2: Prototipo di impianto: giunti a rifacimento superficiale di anca: Testa femorale e cupola acetabulare rivestite con SL/CrN (substrato forgiato a basso contenuto di carbonio, in lega CoCrMo)

[0037] L’esempio descrive un dispositivo di rifacimento superficiale per anca consistente di: 1) – una testa femorale il cui substrato è fatto di lega CoCrMo secondo ISO 5832-12; e 2) – una cupola acetabulare fatta dello stesso substrato metallico.

[0038] Le teste femorali e le tazze furono o lasciate intatte ed usate come riferimento o rivestite con SL/CrN di spessore totale di 5,3 micrometri di cui 2,6 micrometri di SL consistono di nano strati alternanti (ciascuno di spessore di 2 nanometri) di Nitruro di Nobio e Cromo, e 2,7 micrometri di spessore di CrN; tutti gli strati erano depositati con tecnica AEPVD. Si fece anche una lisciatura finale per ridurre la scabrosità superficiale al di sotto di 0,025 micrometro.

[0039] I prototipi furono allora sottomessi ad un test acustico di «sonicazione» per valutare l’adesione inter-strati (vedasi Testi di sonicazione) e ad una simulazione dell’usura dell’anca per misurare l’usura stessa e il rilascio ionico in presenza di un fluido corporeo simulato.

[0040] Campioni: Non rivestiti di Controllo: coppia B e G Rivestiti con SL/CrN coppia L e M Testa femorale rivestita con Superlatex/CrN: V02523 Testa femorale rivestita con puro CrN (4 micrometri AEPVD): V02580

Risultati delle Prove:

[0041] I metodi di prova (vedesi in allegato la Bibliografia con la descrizione dettagliata dei metodi): a) Test di cavitazione e microscopia a scansione di elettroni (qui chiamata «adesione»): b) Usura della totale protesi d’anca secondo ISO 14242-1, Tribologia: simulatore d’anca qui chiamato «usura» dopo un milione di cicli; c) Concentrazione ionica di Cromo e Cobalto qui chiamata «ioni di metallo» dopo un milione di cicli. <tb>Test<sep>coppie non rivestite<sep>coppie rivestite<sep>Testa rivestita SL/CrN<sep>Testa rivestita CrN <tb><sep>B<sep>G<sep>L<sep>M<sep>V02523<sep>V02580 <tb>Usura (mgr)<sep>2.8<sep>2.8<sep>1.5 <sep>2.6<sep><sep> <tb>Ioni di metallo (microg/l)<sep><sep><sep><sep><sep><sep> <tb>Co<sep>1185<sep>2346<sep>7.92 <sep>21.6<sep><sep> <tb>Cr<sep>437<sep>813<sep>53.2<sep>73.4<sep><sep> <tb>Adesione Perdita in peso (mgr)<sep><sep><sep><sep><sep> 0.57<sep> 1.8 <tb>SEM<sep><sep><sep><sep><sep>No delaminazione<sep> delaminazione <tb>Conclusione:<sep><sep><sep><sep><sep><sep>Sorprendentemente il rivestimento doppio SL/CrN supera gli impianti non rivestiti nel rilascio di ioni di Cobalto per 2 ordini di grandezza, nel rilascio di ioni di Cromo per 1 ordine di grandezza e esibisce una usura gravimetrica inferiore del 30%. Esso mostra anche una bassa tendenza a delaminare dal substrato dopo una prova di 2 ore di esposizione ad energia ultrasonica a confronto col rivestimento diretto CrN ottenuto con tecnica AEPVD.

[0042] È anche sorprendente che il rivestimento secondo questa invenzione fornisca una riduzione del rilascio di ioni Co e Cr molto più ampia dei ridotti detriti di usura; ciò suggerisce che i detriti di usura sono meno suscettibili di essere ionizzati nel fluido corporeo.

Esempio 3: Prototipo di Impianto: Giunti di anca a rifacimento superficiale: Testa femorale e Cupola acetabulare rivestiti con Superlatex/CrN (CoCrMo substrato ottenuto per getto fuso con carbonio elevato).

[0043] Questa volta lo stesso rivestimento doppio è depositato su una lega ISO 5832-4 CoCrMo, a parità di parametro e di metodo di prova citati nell’Esempio 2.

[0044] Campioni: Campione rivestito SL/CrN: coppia N Testa (testa da fusione con alto carbonio) 60347/14 Risultati dei Test: Rivestimento di confronto con forgiato a basso Carbonio come da Esempio 2) rispetto al gettato ad alto Carbonio. <tb>Tests <sep>Rivestimento su L C F (esempio 2)<sep>Rivestimento su H C C (esempio 3) <tb><sep>L<sep>M<sep>Testa V2523<sep>N<sep>Testa 60347/14 <tb>Usura(mgr)<sep>1.5<sep>2.6<sep><sep>2.6<sep> <tb>Ioni di metallo (microg/l Co)<sep>7.92<sep>21.60<sep><sep>33.6<sep> <tb>Cr<sep>53.20<sep>73.40<sep><sep>11.00<sep> <tb>Adesione Perdita in peso (mgr)<sep><sep><sep>0.57<sep><sep>0.73 <tb>SEM<sep><sep><sep>no delamin.<sep><sep>no delamin.

Conclusioni:

[0045] non c’è grande differenza tra rivestimento SL/CrN su substrato ottenuto per fusione ad alto Carbonio (HCC) e forgiato a basso Carbonio (LCF), entrambi i rivestimenti superano i materiali non rivestiti; tuttavia in tutti i parametri misurati (usura, rilascio di ioni e adesione) il substrato LCF dà risultati leggermente migliori.

Descrizione dell’invenzione e dei disegni illustrativi

[0046] Un approccio più semplice e sintetico allo spirito e sviluppo della presente invenzione è rappresentato nelle figure schematiche 1–3.

[0047] In fig. 1 (contro esempio) è rappresentato un substrato SUB ortopedico sul quale è stato applicato un rivestimento R consistente di più nano strati di Niobio Nitruro (NbN), 2, 4, 6 ecc. ecc. alternati con più strati di Cromo Nitruro (CrN) 3, 5, 7 ecc. ecc. soddisfacentemente sperimentato su corpi non ortopedici. Si sono trovati valori soddisfacenti per la delaminazione, ma non soddisfacenti per l’usura. In effetti lo strato deve avere uno spessore globale massimo di 3 micrometri che non è però sufficiente ad evitare una sua complessiva penetrazione di usura durante il periodo di servizio dell’impianto (vedesi esempio 1). Ciò dimostra che un rivestimento felicemente utilizzato in campo non ortopedico non si presta ad essere esteso «sic et simpliciter» in campo ortopedico. Superando il pregiudizio di questo contro-insegnamento la Richiedente ha continuato le sue ricerche e ha trovato inaspettatamente che già con una struttura o sequenza globale come da fig. 2 consistente di nano strati di NbN alternati con nano strati di CrN e, preferibilmente di un micro strato di protezione (PRO) mSCrN distanziato dall’ultimo (più esterno) nano strato di Cromo Nitruro si ottiene un primo decisivo miglioramento dell’usura e del rilascio di ioni. Detta struttura o sequenza, ad esmpio di fig. 2, può essere vantaggiosamente ripetuta da una a venti volte. In fig. 2si sono rappresentati due SL nano strati alternati NS1, NS2, ma il loro numero più essere di lunga superiore a due. La distanza dell’ultimo strato di CrN dal micro-strato di protezione è preferibilmente compreso tra 2 e 10 micrometri.

[0048] In fig. 3 si sono rappresentati in forma esplosa il substrato SUB, 3 gruppi di nano strati NS alternati, e separati da un micro strato di protezione mSCrN da 2 a 4 micron. Come indicato in fig. 3 il primo e secondo strato possono avere nano-strati da 2 a 10 nanometri; la distanza tra i primi due nano-strati andrà da 4 a 20 micrometri.

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Claims (4)

1. Substrato per giunti di impianti ortopedici, in cui una almeno delle superfici di scorrimento in materiale non ferroso, in particolare in leghe di Cobalto, Cromo, Molibdeno ha un rivestimento con strati di nitruri, caratterizzato dal fatto che detto rivestimento contiene nanostrati di nitruri di Niobio e nanostrati di nitruri di Cromo, protetti da un microstrato di nitruro di Cromo.

2. Substrato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da nanostrati di Niobio alternati a nano strati di nitruri di Cromo.

3. Substrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la struttura o sequenza di nano e micro-strati è ripetuta da 1 a 20 volte.

4. Substrato secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la distanza fra l’ultimo, più esterno, nanostrato di CrN e la protezione ottenuta con microstrato di Nitruro di Cromo è compresa tra 2 e 10 micrometri, lo spessore di ogni nanostrato è compreso tra 1 e 10 nanometri, e la somma di tali nanostrati va da 2 a 10 micrometri.