Jump to the content of the page

Hardheid van coatings op gewichtdragende medische implantaten

Soms moeten dragende gewrichten zoals knieën of heupen als gevolg van letsel of ziekte worden vervangen door kunstmatige orthopedie. Dergelijke operaties zijn niet alleen uiterst pijnlijk, maar ook duur en riskant; daarom is de levensduur van deze hulpmiddelen van het grootste belang: implantaten moeten duurzaam zijn en mogen absoluut minimaal slijten. Een lange levensduur wordt bereikt door het gebruik van taaie coatings zoals hard chroom of keramiek.

De vervanging van een knie of heup is een belangrijke chirurgische ingreep voor het vernieuwen van de gewichtsdragende oppervlakken, om pijn te verlichten en de functionaliteit van het gewricht te herstellen.

Om het beoogde doel te halen, moeten de vervangende onderdelen voldoen aan zeer hoge eisen op het gebied van slijtvastheid. Typisch, is er een correlatie tussen het vermogen van een materiaal om slijtage te weerstaan en de hardheid ervan; de Vickers hardheid (HV) van een materiaal is een parameter die dit goed karakteriseert. Maar traditionele Vickers testers genereren meestal (slechts) een composiethardheid van zowel de coating als het substraat, omdat de testbelastingen die door deze apparaten worden gebruikt te hoog zijn. De nauwkeurigheid van de resultaten kan verder lijden onder de invloed van de operator, omdat de diagonalen van de inkeping zorgvuldig – optisch – onder een microscoop moeten worden gemeten.

Nanoindentatie is een gevestigde techniek die zeer lage belastingen gebruikt om de HV van coatings te meten wanneer het van cruciaal belang is om alle invloed van het substraat te voorkomen. De FISCHERSCOPE® HM2000 is het ideale instrument voor deze taak, omdat het automatisch de HV berekent van online monitoring van de penetratie diepte, waardoor elke fout van de gebruiker wordt uitgesloten. Bovendien kan de elastische modulus ook worden berekend aan de hand van de helling van de ontlastcurve.

De onderstaande studie maakt gebruik van de FISCHERSCOPE® HM2000 om de hardheid van een implantaat met een 7μm dikke hardchroomcoating te meten. Het aanbrengen van een maximale belasting van 50mN zorgt voor een indringdiepte ruim binnen de aanbevolen 10% van de coatingdikte, zoals weergegeven in figuur 1.

De geïntegreerde microscoop en gemotoriseerde XYZ-tafel van de HM2000 maken het mogelijk om metingen rechtstreeks te doen op complexe geometrieën zoals kunstmatige knieimplantaten – met minimale monstervoorbereiding. De gemiddelde hardheid van de chroomcoating gemeten in dit voorbeeld was 1084,8 HV, met een gemiddelde elastische modulus van 279,7 GPa.

Geen patiënt of arts wil dat een grote gewrichtsvervanging voor zijn tijd slijt. Om chirurgisch geïmplanteerde medische apparaten lang te laten werken, moeten ze goed worden gecoat. Nanoindentatie is de beste methode voor het verifiëren van deze kwaliteit. De kenmerken en mogelijkheden van de FISCHERSCOPE® HM2000 maken het mogelijk om nauwkeurige metingen rechtstreeks te doen aan de implantaten die worden gebruikt bij orthopedische reconstructie. Voor meer informatie u contact opnemen met uw lokale FISCHER-vertegenwoordiger.

Jump to the top of the page