具有金属基底和金属基底中的通道的物品及其制造方法技术

一种具有金属基底和金属基底中的通道的物品，所述通道朝向表面完全地或部分地敞开，其中通道的横截面在通道底部(7)和接触平面(1)之间具有局部宽度最大值(5)，所述局部宽度最大值在垂直于表面的切面处平行于接触平面且垂直于通道纵轴线测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有金属基底和金属基底中的通道的物品及其制造方法
本专利技术涉及一种具有金属基底和金属基底中的通道的物品，所述通道朝向表面完全地或部分地敞开，其中通道具有整体确定的几何形状。本专利技术还涉及一种用于利用脉冲的激光照射来制造根据本专利技术的物品的方法。此外，本专利技术涉及一种通过根据本专利技术的方法制造或可制造的具有金属基底和金属基底中的通道的物品，以及涉及一种根据本专利技术的物品的用途。
技术介绍
将液态的、粘性的、在溶剂中溶解或悬浮的物质吸收到金属工件的边界面中决定物质可以渗透并吸收到其中的表面结构。这种结构可用于接触面，例如运动组件中的密封件或轴承，用于吸收润滑剂、滑动剂或密封剂，这些润滑剂、滑动剂或密封剂在运行中逐步地释放到接触面。在医学技术的领域中，这种结构也可用于装备植入物表面。通过储存和靶向释放抗生素或其他抗菌活性成分、BMP(bonemorphogeneticprotein，“骨形态发生蛋白”)、细胞抑制剂或生物体(例如噬菌体)，可以将植入物相关的感染在出现的地点更有效地控制和治疗。可以借助于不同的方法在金属原料表面上产生或沉积这种可储存层。结构的形状和尺寸以及结构化的层的厚度对物质的吸收能力和释放速率有巨大影响。在现有技术中，在制造过程中通过特定的滚压法已经可以在金属原料上引入结构化的和可储存的表面。替选地，所述结构化的和可储存的表面可以随后通过沉积涂层或通过材料去除或边界层的结构改变由原料本身产生。根据方法能够以不同的层厚度和孔密度制造的孔结构在此已证明为在高储存能力方面特别适合。<br>例如，通过热喷涂法(例如火焰或电弧喷涂)产生具有孔结构的层。根据涂层材料和参数，能够以这种方式制造孔隙率在3％和15％之间的层(参见OerlikonMetco，热喷涂简介——第6版，2016年7月)。其他结构形状不能借助于热喷涂法产生。因为这些技术通常会对基底产生显著的热输入，因此它们不适用于温度敏感的原料。另一方法是溶胶凝胶法。通过适当设置反应参数，在此可以产生浸渍溶胶，所述浸渍溶胶在基底上形成孔隙率为50％至85％的多孔层(参见Heidenau、Frank等等人所著的，Offenporige,bioaktiveaufTitan，Biomaterialien，2001年，第2.1卷)。在涂层方面通常受限制的是，必须存在与原料良好的层接合，尤其是在机械负载的情况下。与其相对地，直接由基本材料产生的结构证实为是有利的。在此，可以根据原料使用不同的材料。在MAO方法(“微弧氧化”或“等离子体电解氧化(PEO)”)中，在金属表面，例如钛或钛合金上构造氧化层。通过适当地选择工艺参数，在此产生具有显著的纵横比的孔结构。在所述方法中的缺点是根据金属所需要的部分地对健康极为有害的化学品。在铝或铝合金中，此外铝阳极氧化处理法是已知的。通过电解氧化在此将最上方的金属层转化为开孔氧化物或氢氧化物。孔可以通过事后的压缩封闭，例如在热的水蒸气或水中。然而，铝阳极氧化处理法的使用限于铝。此外，通过特定的湿化学酸洗工艺可以产生结构化的表面，所述表面可能适合于吸收糊状物质。然而，这些结构典型地不具有规则的形状。所述工艺还强烈地限于相应的基底材料(例如铝合金)。激光工艺，特别是借助于在飞秒或皮秒范围内的超短脉冲激光器也已经开设用于金属表面的局部结构化。该技术能够实现材料去除，而不会显著地将温度引入到基本材料中。US2008216926描述了借助于飞秒激光器产生纳米结构。然而，对于物质或活性成分的储存和释放，纳米结构化的表面已被证实是不够的。WO10130528描述了通过用皮秒范围内的脉冲激光重复处理来制造微结构。该方法可实现产生具有减小的孔开口直径(“锁眼”)或在孔开口处部分突出的孔。这种类型的结构可用于医学植入物(改善生长表现和强度)或在粘合连接中的机械夹紧。US2016059353描述了一种通过在材料特定的烧蚀阈值(材料去除所需的能量密度)下的激光处理来制造微孔的方法。在此，激光处理进行(超过1000或2000次)直到产生孔结构。这种类型的工艺控制导致处理的小的单位性能。对激光类型没有具体规定。然而，低于烧蚀阈值的处理造成，仅能构成具有小的结构深度的表现为薄弱的结构(缺少材料去除)。与此相应地，所述结构对于液态的或糊状的介质仅具有小的储存容量。CN105798454描述了一种用纳秒激光处理表面以在靠近表面的区域中产生裂纹的构造。上述激光领域中的文献主要涉及具有在皮秒或飞秒范围内的超短脉冲的激光器。所述系统可用于产生限定的结构，而不会对周围材料产生任何显著的热输入。在此，缺点是相对高的投资成本和小的可实现的面积率。此外，由金属基本材料制成的靠近表面且大程度结构化的层通常仅具有低的机械耐抗力。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术的目的是，提出一种减轻现有技术的所描述的缺点中的个别、若干或尽可能多的缺点的物品。所述目的的明显的组成部分也是，描述一种用于制造这种解决问题的物品的相应的方法。在物品方面，根据本专利技术的目的通过一种在金属基底中具有通道的物品来实现，所述通道完全地或部分地朝向表面敞开，其中通道的横截面在通道底部(7)和接触平面(1)之间具有局部宽度最大值(5)，其在垂直于表面的切面处平行于接触平面且垂直于通道纵轴线测量，并且其中在通道的表面的区域中存在热影响区，所述热影响区具有相对于金属基底改变的粒度结构。在根据本专利技术的物品中，金属基底设置在至少一个表面上，优选的是，物品本身主要或完全由金属组成。根据本专利技术设置的通道的特别的几何形状(当然这包括，也可以设有大量通道)一方面表明具体的制造方法，另一方面能够实现大量的用途。在此，在本专利技术的意义上，尤其在横截面(Schliffpreparation:切面准备)中，接触平面如下定义：如果在要检查的部位处存在通道开口，则在所述通道开口之上以图形方式插入半径为3mm的圆，使得所述圆刚好2次接触根据本专利技术设置的基底(在通道的每侧上各一次)。这种情形在图1b在右侧示意性地示出。穿过这两个接触点伸展的割线那么为接触平面。在本文的意义上，“热影响区”是相对于基底的材料在材料方面不同的区域，其中差异能够通过对基底的热处理产生，或者优选实际已产生。特别地，在本文的意义上的热影响区的特征在于相对于金属基材改变的粒度结构。为免生疑问，改变的粒度结构意味着，在热影响区中，存在相对于金属基底的粒度(在没有热影响的情况下)改变的平均统计学粒度。在通道的横截面封闭的情况下可能的是，对于半径为3mm的圆(参见图1b的左侧)，通常可设想两个定位。在这种情况下，割线对于接触平面的定义是决定性的，在上述条件下，所述接触平面与半径为3mm的所属的圆相交，使得在圆内存在更长的路段。为免生疑问，关键的是，从基底的角度来看，半径为3mm的圆的两个接触点“平放”在凸形拱曲的路段上。在本专利技术的意义上，通道纵轴线是如下线，所述线为免生疑问由多个剖面的通道底部得出，为免生疑问，所述剖面分别垂直于通道纵轴线以≤通道的宽度最大值的十分之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有金属基底和在所述金属基底中的通道的物品，所述通道朝向表面完全地或部分地敞开，其中所述通道的横截面在通道底部(7)和接触平面(1)之间具有局部宽度最大值(5)，所述局部宽度最大值在垂直于表面的切面处平行于所述接触平面且垂直于通道纵轴线测量，并且其中在所述通道的表面的区域中存在热影响区，所述热影响区具有相对于所述金属基底改变的粒度结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181221 DE 102018133553.91.一种具有金属基底和在所述金属基底中的通道的物品，所述通道朝向表面完全地或部分地敞开，其中所述通道的横截面在通道底部(7)和接触平面(1)之间具有局部宽度最大值(5)，所述局部宽度最大值在垂直于表面的切面处平行于所述接触平面且垂直于通道纵轴线测量，并且其中在所述通道的表面的区域中存在热影响区，所述热影响区具有相对于所述金属基底改变的粒度结构。


2.根据权利要求1所述的物品，
其中所述局部宽度最大值(5)处于所述接触平面(1)下方≥0.5μm处。


3.根据权利要求1或2所述的物品，
其中所述局部宽度最大值(5)垂直于所述通道纵轴线测量为≥1μm，优选为≥5μm，特别优选为≥25μm。


4.根据上述权利要求中任一项所述的物品，
其中所述通道具有垂直于所述通道纵轴线测量的所述局部宽度最大值(5)与通道长度的≥1:3，优选≥1:10并且特别优选≥1:100的纵横比，和/或所述通道具有≥3μm，优选≥100μm并且特别优选≥500μm的长度，其中通道长度分别平行于物品表面测量。


5.根据上述权利要求中任一项所述的物品，
其中所述通道具有垂直于所述接触平面(1)测量的深度(3)，所述深度为0.1μm至10000μm，优选0.2μm至1000μm并且特别优选在0.5μm至500μm的范围内。


6.根据上述权利要求中任一项所述的物品，
其中在所述接触平面(5)中垂直于所述通道纵轴线测量，所述通道的开口的宽度为0.05μm至2000μm。


7.根据上述权利要求中任一项所述的物品，
其中以在所述通道之内平行于所述接触平面由所述宽度最大值(5)展开的平面计，通道的≥30％，优选≥50％并且分别更优选≥70％，≥80％，≥90％，≥95％和≥99％被覆盖。


8.根据上述权利要求中任一项所述的物品，所述物品具有：在所述通道的开口区域中的第一热影响区，所述第一热影响区具有相对于所述金属基底更小的平均统计学粒度，比值为最小1:2，特别优选最小1:10；和第二热影响区，所述第二热影响区在所述通道的或通道横截面的最低点的区域中具有0.1μm至3000μm，优选在0.2μm至1000μm的范围中，特别优选在0.5μm到500μm的范围中的厚度，并且其中所述第二热影响区垂直地从通道横截面的最低点起具有相对于所述金属基底更小的平均统计学粒度，比值为优选≤1:1.2并且特别优选≤1:5，并且具有相对于所述第一热影响区更大的平均统计学粒度，比值为优选≥2:1.2。


9.根据上述权利要求中任一项所述的物品，
其中所述金属基底选自钛、铝、钒、镁、铜、银、铅、金、它们彼此...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌韦·施佩希特，迪尔克·扎尔茨，托马斯·卢卡斯奇克，拉尔夫·维尔肯，凯·博尔歇丁，琳达·格特延，提姆·霍伊辛格·冯·沃尔德格，奈恩·诺尔特，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE