Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БОРА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ TiCaPCON

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-4-94-103

Полный текст:

Аннотация

Методом магнетронного распыления получены наноструктурированные многокомпонентные покрытия TiCaPCON–B c содержанием бора 7,4–15,0 ат.%. Показано, что все элементы равномерно распределены по толщине покрытий. Покрытия TiCaPCON–B имеют плотную колонную структуру с поперечным размером колонн менее 80 нм. Установлено, что введение бора приводит к изменению фазового состава покрытий, однако не оказывает существенного влияния на их морфологию. Основу покрытий TiCaPCON–B составляют фазы Ti(C, N), TiB2, BN и свободный углерод. Исследование механических свойств показало, что покрытия обладают относительно высокой твердостью (20–24 ГПа) и низким модулем упругости (213–231 ГПа). Они характеризуются гидрофильными свойствами, которые сохраняются в течение 24 ч выдержки на воздухе. В зависимости от содержания бора в покрытии, скорость его выхода в физиологический раствор составляет 17–24 мкг/(л·см2·сут). В экспериментах in vitro наблюдалось улучшение остеогенных характеристик покрытий с содержанием бора 12,7–15,0 ат.% на 30–40 % по сравнению с титаном.

Об авторах

И. В. Сухорукова
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва
Россия
инженер науч.-иссл. лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС»


И. Ю. Житняк
Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, г. Москва
Россия
канд. биол. наук, науч. сотр. лаборатории механизмов канцерогенеза Российского онкологического научного центра (РОНЦ) им. Н.Н. Блохина


Н. А. Глушанкова
Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина, г. Москва
Россия
докт. биол. наук, зав. лабораторией механизмов канцерогенеза РОНЦ им. Н.Н. Блохина


Д. В. Штанский
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС», г. Москва
Россия
докт. физ.-мат. наук., профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ «МИСиС», гл. науч. сотр. Научно-учебного центра СВС МИСиС–ИСМАН, зав. науч.-иссл. лабораторией «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС»


Список литературы

1. Forrest H. Nielsen. Update on human health effects of boron. J. Trace. Elem. Med. Bio. 2014. Vol. 28. P. 383—387.

2. Jacobs R.T., Plattner J.J., Keenan M. Boron-based drugs as antiprotozoals. Curr. Opin. Infect. Dis. 2011. Vol. 24. P. 586—592.

3. Baker S.J., Ding C.Z., Akama T., Zhang Y.K., Hernandez V., Xia Y. Therapeutic potential of boron-containing compounds. Future Med. Chem. 2009. Vol. 1. No. 7. P. 1275— 1288.

4. Chen X., Schauder S., Potier N., Van Dorsselaer A., Pelczer I. Structural identification of a bacterial quorum-sensing signal containing boro. Nature. 2002. Vol. 415. P. 545—549.

5. Lowery C.A., Salzameda N.T., Sawada D., Kaufmann G.F., Janda K.D. Medicinal chemistry as a conduit for the modulation of quorum sensing. J. Med. Chem. 2010. Vol. 53. P. 7467—7489.

6. Reid R.J., Hayes J.E., Post A., Stangoulis J.C.R., Graham R.D. A critical analysis of boron toxicity in plants. Plant. Cell Environ. 2004. Vol. 25. P. 1405—1414.

7. Camgöz B., Saç M.M., Bolca M., Özen F., Oruç Ö.G., Demi-rel N. Investigation of radioactive and chemical contents of thermal waters; Izmir Seferihisar region representative. Ekoloji. 2010. Vol. 19. No. 76. P. 78—87.

8. Yang H., Wang Y., Xue X. Influences of glycerol as an efficient doping agent on crystal structureand antibacterial activity of B—TiO2 nano-materials. Colloid. Surf. B. 2014. Vol. 122. P. 701—708.

9. Bursali E.A., Coskun S., Kizil M., Yurdakoc M. Synthesis, characterization and in vitro antimicrobial activities of boron/starch/polyvinyl alcohol hydrogels. Carbohyd. Polym. 2011. Vol. 83. P. 1377—1383.

10. Wang Y., Xue X., Yang H. Synthesis and antimicrobial activity of boron-doped titania nano-materials. Chinese J. Chem. Eng. 2014. Vol. 22(4). P. 474—479.

11. Xue X., Wang Y., Yang H. Preparation and characterization of boron-doped titania nano-materials with antibacterial activity. Appl. Surf. Sci. 2013. Vol. 264. P. 94—99.

12. Wang Y., Xue X., Yang H. Preparation and characterization of carbon or/and boron-doped titania nano-materials with antibacterial activity. Ceram. Int. 2014. Vol. 40. P. 12533—12537.

13. Huang Q., Yan X., Zhang R., Liu X., Shen Z., Feng Q. Enhanced hydrophilicity and in vitro bioactivity of porous TiO2 film through the incorporation of boron. Ceram. Int. 2015. Vol. 41. No. 3. P. 4452—4459.

14. Ferrari A.C., Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Phys. Rev. 2000. Vol. 61. P. 14095—14107.

15. Pierson J.F., Alnot M., Fagot-Revurat Y., Jolly J. Influence of the oxygen flow rate on the properties of reactively sputtered Ti—B—O films. Surf. Coat. Technol. 2003. Vol. 174 — 175. P. 1145—1150.

16. Jeong J., Jung D., Shin E.W., Oh E.-S. Boron-doped TiO2 anode materials for high-rate lithium ion batteries. J. Alloy Compd. 2014. Vol. 604. P. 226—232.

17. Uma T., Izuhara S., Nogami M. Structural and proton conductivity study of P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>—TiO<sub>2</sub>—SiO<sub>2</sub> glasses. J. Eur. Ce-ram. Soc. 2006. Vol. 26. P. 2365—2372.

18. Sobczak-Kupiec A., Wzorek Z. The influence of calcination parameters on free calcium oxide content in natural hydroxyapatite. Ceram. Int. 2012. Vol. 38. P. 641—647.

19. Ebrahimi-Kahrizsangi R., Torabi O. Combination of mechanochemical activation and self-propagating behavior for the synthesis of nanocomposite Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/B<sub>4</sub>C powder. J. Alloy. Compd. 2012. Vol. 514. P. 54—59.

20. Skrinskii P.L., Kuzmichev A.I., Ivashchenko V.I., Ivashchenko L.A., Timofeeva I.I., Butenko O.O., Khizhun O.Yu., Tomi-la T.V., Dub S.N. Structural and mechanical properties of TiN/BCN coatings. Powder Metall. Metal C. 2013. Vol. 52. No. 1—2. P. 73—82.

21. Atalay S., Adiguzel H.I., Atalay F. Infrared absorption study of Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>—CaO—SiO<sub>2</sub> glass ceramic. Mater. Sci. Eng. A. 2001. Vol. 304-306. P. 796—799.

22. Romanos J., Beckner M., Stalla D., Tekeei A., Suppes G., Jalisatgi S., Lee M., Hawthorne F., Robertson J.D., Firlej L., Kuchta B., Wexler C., Yu P., Pfeifer P. Infrared study of boron—carbon chemical bonds in boron-doped activated carbon. Carbon. 2013. Vol. 54. P. 208—214.

23. Shtansky D.V., Gloushankova N.A., Sheveiko A.N., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Bashkova I.A., Mavrin B.N., Ignatov S.G., Filipopovich S.Yu., Rojas C. Si-doped multifunctional bioactive nanostructured films. Surf. Coat. Technol. 2010. Vol. 205. P. 728—739.

24. Shtansky D.V., Batenina I.V., Kiryukhantsev-Korneev F.V., Sheveyko A.N., Kuptsov K.A., Anisimova N.Y., Zhitnyak I.Yu., Gloushankova N.A. Ag- and Cu-doped multifunctional bioactive nanostructured TiCaPCON films. Appl. Surf. Sci. 2013. Vol. 285Р. P. 331—343.

25. Sukhorukova I.V., Sheveyko A.N., Zhitnyak I.Y., Gloushankova N.A., Denisenko E.A., Filipovich S.Yu., Ignatov S.G., Shtansky D.V. Towards bioactive yet antibacterial surfaces. Colloid Surf. B. 2015. Vol. 135. P. 158—165.

26. Shtansky D.V., Gloushankova N.A., Bashkova I.A., Kharitonova M.A., Moizhess T.G., Sheveiko A.N., Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Osaka A., Mavrin B.N., Levashov E.A. Ta-doped multifunctional bioactive nanostructured films. Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 3615—3624.

27. Vyas A., Lu Y.H., Shen Y.G. Mechanical and tribological properties of multicomponent Ti—B—C—N thin films with varied C contents. Surf. Coat. Technol. 2010. Vol. 204. P. 1528—1534.

28. Lin J., Moore J.J., Mishra B., Pinkas M., Sproul W.D. The structure and mechanical and tribological properties of TiBCN nanocomposite coatings. Acta Mater. 2010. Vol. 58. No. 5. P. 1554—1564.

29. Wang B., Guo X., Bai P. Removal technology of boron dissolved in aqueous solutions: A review. Colloid. Surf. A. 2014. Vol. 444. P. 338—344.

30. Saglam M., Arslan U., Bozkurt S.B., Hakki S.S. Boric acid irrigation as an adjunct to mechanical periodontal therapy in chronic periodontitis patients: a randomized clinical trial. J. Periodontol. 2013. Vol. 84. No. 9. P. 1297—1308.

31. Haesebrouck F., Baele M., De Keyser H., Hermansand K., Pasmans F. Antimicrobial activity of an acetic and boric acid solution against Staphylococcus pseudintermedius. Vlaams Diergen. Tijds. 2009. Vol. 78. No. 2. P. 89—90.

32. Demirer S., Kara M.I., Erciyas K., Ozdemir H., Ozer H., Ay S. Effects of boric acid on experimental periodontitis and alveolar bone loss in rats. Arch. Oral. Biol. 2012. Vol. 57. P. 60—65.

33. Wu C., Miron R., Sculean A., Kaskel S., Doert T., Schulze R., Zhang Y. Proliferation, differentiation and gene expression of osteoblasts in boron-containing associated with dexamethasone deliver from mesoporous bioactive glass scaffolds. Biomaterials. 2011. Vol. 32. P. 7068—7078.

34. Durand L.A.H., Góngora A., López J.M.P., Boccaccini A.R., Zago M.P., Baldi A., Gorustovich A. In vitro endothelial cell response to ionic dissolution products from boron-doped bioactive glass in the SiO<sub>2</sub>—CaO—P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>—Na<sub>2</sub>O system. J. Mater. Chem. B. 2014. Vol. 2. P. 7620—7630.


Для цитирования:


Сухорукова И.В., Житняк И.Ю., Глушанкова Н.А., Штанский Д.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БОРА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ TiCaPCON. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2016;(4):94-103. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-4-94-103

For citation:


Sukhorukova I.V., Zhitnyak I.Y., Gloushankova N.A., Shtansky D.V. INVESTIGATION OF BORON INFLUENCE ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF MULTICOMPONENT NANOSTRUCTURED TiCaPCON COATINGS. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2016;(4):94-103. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-4-94-103

Просмотров: 259


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)