Фреттинг и коррозия на конусе

Фреттинг и коррозия на модульном соединении

Коррозия конуса в модульных эндопротезах ТБС была обнаружена в 1980-90х годах. Новые системы с парой трения металл-металл, с большими головками и модульными конусами вернули эту тему как клиническую проблему с ревизиями в 4,2% (доклад Делла Валле Крайг на AAHKS 2014), часто с существенными последствиями.

Über uns

Источник: *The Effect of Bearing Surface on Corrosion at the Modular Junctions in Total Hip Arthroplasty*
Selin Munir, Michael B.Cross, Reza Jenabzadeh, Anna Sokolova, Christina Esposito, Dennis Molloy,
William Walter, William Walter, Bernard Zicat – Poster, 25th ISTA 2012, Sydney

С разрешением Prof. William L Walter, Mater Hospital, North Sydney, Australia

Количество публикаций по этой тематике огромно, и существует согласие в том, что коррозия конуса является механизмом механической коррозии с поддержкой контактной коррозии. Механический фреттинг и износ также способствуют разрушению атомарно тонких, защитных оксидных слоев, которые ограничивают окружение зазора. Выделение ионов металлов на соединениях металлических головок на конусе из сплава кобальта играет большую роль в случае больших диаметров головок, но уже наблюдалось и для обычных компонентов металл-полиэтилен, в том числе для головок с диаметром в 28 мм.

Выделение металла (износ и коррозия) зависит от нескольких факторов, включая геометрические, как размер и форма щелей на поверхности конуса, а также и от взаимодействия металлургических, химических, электрических и трибологических факторов. Другие факторы, например, время с момента установки импланта и фиксация головки, также играют важную роль.

Наиболее актуальные публикации об этой тематике касательно модулярных систем с керамическими головками и с адаптераи из титанового сплава (BIOLOX® OPTION)

Механически обусловленный износ на границе поверхностей.
(износ, трение и фреттинг)

Износ определяется как разрушение поверхности, которое характеризуется постепенным уходом материала из-за относительного движения соприкасаюшихся поверхностей.1 Фреттинг определяется как "особый процесс износа на контактной площади между двумя материалами при нагрузке при относительном движении с вибрацией или другими силами." (ASTM Handbook on Fatigue and Fracture). Несколько авторов исследовали вопрос, какой объем движений нужен для этого феномена. Оказывается, это всего лишь от 1 до 100 мкм.2,3 В связи с нагрузками в человеческом теле все модульные эндопротезы подвергаются фреттингу.

Химически вызванный износ
(трение и щелевая коррозия)

Pис.1 Схема раствора металла и оксидной поверхности с протеинами и разными напряжениями

С разрешения L. Gilbert

Инженеры определяют коррозию как видимое разрушение структуры вплоть до потерии функциональности. В отличие от этого, в химии характеризуют коррозию как необратимую реакцию на поверхности материала с окружающим его веществом, при которой материал израсходуется и реагирует с окружающим веществом. Это описывается как разрушение поверхности из-за электрохимического взаимодействия, в результате которого образуются ионы металлов и соли. 4 Это определение касается только металлов. Только драгоценные металлы, например, золото, имеют поверхность, которая сама защищается о коррозии. Все другие металлы при соприкосновении с воздухом вступают в спонтанную реакцию с кислородом, которая образует более или менее защитную оксидную пленку (пассивация), см. рис. 1

Любое разрушение этой оксидной пленки приведт к коррозии (поток ионов) пока пленка не возобновляется. 5 Время нужное для образования пленки называется временем пассивации., она зависит от металла и количества кислорода и это обычно мили сек 6, но для сплавов титана около 60 сек 7

ссылки

  1. Fretting corrosion testing of modular implant interfaces. ASTM F1875-98, reapproved 2009
  2. Mutoh Y. Mechanism of fretting fatigue. JSME International Journal, 1995; 38(4), 405-415
  3. Bill RC. Review of factors that influence fretting wear. Materials Evaluation Under Fretting Condition, ASTM STP 780, American Society for Testing and Materials, New York, 1982, 165-182
  4. Collier P et al. Corrosion between the components of modular femoral hip prostheses. J Bone Joint Surg-Br1992; 74-B, 511-7
  5. Toni A et al. Clinical advantages and fretting concerns with modular neck total hip prosthesis, The institution of mechanical engineers, International conference “Refining future strategies in total hip replacement”, Transactions Volume two, Session 7-11, 2002
  6. Frangini S, Piconi C. Repassivation rates of surgical implantalloys by rotating disk scratching measurements. Materials and Corrosion, 2001; 52, 372-380
  7. Viceconti M et al. Fretting wear in modular neck hip prosthesis. JBiomed Mater Res 1997; 35-2, 207-216

Публикации по теме коррозии конуса и износа в связи с керамическими модулными головками

Изменения в модульных эндопротезах
связанные с фреттингом и коррозией

Steven M. Kurtz PhD, Sevi B. Kocagöz BS, Josa A. Hanzlik MS, Richard J. Underwood PhD, Jeremy L. Gilbert PhD,
Daniel W. MacDonald MS, Gwo-Chin Lee MD, Michael A. Mont MD, Matthew J. Kraay MD, Gregg R. Klein MD,
Javad Parvizi MD, Clare M. Rimnac PhD

Резюме

Дополнительная информация

Предыдущие исследования по коррозии модульных конусных соединений были проведены с головками из сплава кобальт-хром (CoCr). Относительно коррозии на конусе в сочетании с головкой из керамики было мало известно.

Вопросы/цели

Наши вопросы были: (1) вызывают ли керамические головки меньше коррозии конуса, чем головки из CoCr; (2) какие параметра системы и пациента влияют на коррозию; и (3) отличается ли механизм коррозии с керамикой от коррозии с головками из CoCr.

Методы

Сто систем конус-ножка было обследовано на коррозию и фреттинг с помощью визуальной оценки на основе выраженности и степени фреттинга и коррозии на конусах. Были использованы группы из сопоставимых систем с 50 головками из керамики и 50 из CoCr - со сравнимым временем имплантирования, латеральным смещением, конструкцией ножек и жесткостью на изгиб. Найденные объемы фреттинга и коррозии ниже в случае керамических головок (p=0,03). Состав ножки (p=0,004) и уменьшенная жесткость на изгиб (rho по Spearman = - 0,32, p=0,02) влияют на степень фреттинга и коррозии в случае керамических головок, но не в группе металлических головок. Механизм контактной коррозии на механической основе был одинаков у обеих групп, хотя в случае керамических головок только один из компонентов (металлический конус) участвует в образовании оксидов и в репассивации.

Выводы

Результаты подсказывают, что использование керамических головок вместо металлических (CoCr) в модульных конусных соединениях может минимизировать фреттинг и коррозию конуса, но не исключить его полностью.

Клиническое значение

Полученные результаты требуют дальнейших исследований о роли керамических головок при уменьшении коррозии конусов.

Являются ли фреттинг-коррозия и связанный с этим износ также проблемой для систем с керамической головкой на адаптере ?

Roman Preuss, PhD, Kim Lars Haeussler, Markus Flohr,and Robert M. Streicher, PhD

абстракт

Некоторые пары трения с большими головками металл/металл вызывали повышенное число ревизий в результате процессов, связанных с коррозией и металлическим износом на модульных конусных соединениях. Существуют также пары с большим диаметром, где используется большая керамическая головка на адаптере, который осуществляет надежную фиксацию. Проводилось исследование по коррозии и фреттингу систем с большими керамическими головками на стандартных и обновленных тестовых установках. В отличие от больших металлических головок, которые повышают число ревизий, наши результаты показали, что системы с керамическими головками и адаптерами не влияют на объем коррозии и износа.

Коррозия конуса в модульных эндопротезах ТБС:
анализ соединений головка/конус и конус/адаптер

Selin Munir, BE, MBiomedE, Michael B. Cross, MD, Christina Esposito, PhD, Anna Sokolova, and William L. Walter, MBBS, FRACS, FA OrthA, PhD

абстракт

В этом исследовании изучали эксплантированные S-ROM® имплантаты, чтобы определить степень коррозии на соединениях конус-головка и адаптер-конус. Степень коррозии оценивалась совместно с объемом изношенного материала. Результаты показали, что коррозия больше в случае головок из CoCr по сравнению с керамическими головками. Но коррозия в случае конус-адаптер была сильнее (p=0.05) в случаях пары трения твердый/твердый по сравнению с парами твердый/мягкий. Результаты показали, что объем коррозии определяется как материалами на поверхностях трения, так и размером головок.

Влияет ли конусной клиренс на фреттинг и коррозию на интерфейсе головка/конус ? Исследование на сопоставимых когортах

Sevi B.Kocagöz, BS, Richard J. Underwood, PhD, Shiril Sivan, BE, Jeremy L. Gilbert, PhD, Daniel W. MacDonald, MS, JuddS. Day, PhD, and Steven M. Kurtz, PhD

абстракт

Предыдущие исследования настаивали на том, что конструкция модульного соединения конус/головка влияет на коррозию и износ на поверхности конуса. Мы представляем новый метод измерения угла наклона конуса эксплантированных имплантатов, используя установку для опреднления округленности (Talyrond 585, Taylor Hobson, UK). Также была исследована всаимосвязь между клиренсом на сопряжении головка/конус в сопоставимых группах 50/50 головок из CoCr и керамики. Результаты показали, что отсутствует влияние клиренса на фреттинг и коррозию в этих двух группах.

  • Fretting and Corrosion at Modular Junctions

    Can ceramics address this clinical issue?

Рекомендуемые контакты

Нажмите на кнопку "Контакты" справа, чтобы получить список компетентных контактных лиц CeramTec Group, с которыми можно связаться напрямую