扩散硬化技术的应用的制作方法

专利名称：扩散硬化技术的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医用植入物，和一种制备该植入物的方 法，所述植入物具有金属或金属合金基材(如CoCr),及扩散硬化的表 面(如等离子渗碳表面)，所述表面与非扩散硬化的表面或扩散硬化的材料(species)。[0011在一个装置的实施方案中，所述装置包括第一部分(所 述第一部分具有第一接触面)、第二部分(所述第二部分具有第二接触 面)；其中第一部分和第二部分由金属或金属合金组成，而且其中第 一接触面和第二接触面互相接触；并且，其中条件(a)和(b)之一得到 满足(a)所述第一和第二接触面之一含有扩散硬化的金属表面，所 述表面用扩散硬化材料进行扩散硬化，而所述第 一和第二接触面中 的另一个接触面是未经扩散硬化的金属表面；(b)所述第一接触面和 第二接触面均含有扩散硬化金属表面，其中所述第一接触面至少用 第 一种扩散硬化材料进行扩散硬化，而所述第二接触面至少用第二 种扩散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第一种扩散硬化材料 不同于所述第二种扩散硬化材料；其中所述扩散硬化材料选自由 碳、氮、氧、硼及其任何组合。在另一个实施方案中，所述装置是 医用植入物。在某些实施方案中，所述第一部分含有的金属或金属 合金不同于所述第二部分含有的金属或金属合金。在所述装置的某 些实施方案中，所述金属或金属合金是CoCr。在所述装置的某些实 施方案中，所述接触面的一个或两个接触面含有等离子硬化表面。 在所述装置的某些实施方案中，所述等离子硬化表面选自等离子渗 碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧化表面、等离子硼渗表面及其 任何组合。在某些实施方案中，其中所述装置是医用植入物，所述医用植入物是髋部植入物。在某些髋部植入物的实施方案中，所述 第一部分和第二部分之一是含有股骨头的股骨元件，其中所述股骨头具有一个接触面；而其中所述第一部分和第二部分的另 一个是髋臼元件，所述髋臼元件具有内表面，其中所述内表面含有一个接触 面。在某些髋部植入物的实施方案中，所述接触表面的一面或两面 含有等离子硬化表面。在某些髋部植入物的实施方案中，所述等离 子硬化表面选自等离子渗碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧化表 面、等离子硼渗表面及其任何组合。在某些医用植入物实施方案 中，所述医用植入物是膝部植入物。在某些膝部植入物的实施方案中，所述第一部分和第二部分之一是含有至少一个髁关节(condyle)的 股骨元件，所述至少一个髁关节含有一个接触面；并且其中所述第 一部分和第二部分中的另一部分是胫骨元件，所述胫骨元件含有一 个接触面。在某些膝部植入物的实施方案中，所述接触面的一面或 两面含有等离子硬化表面。在某些膝部植入物的实施方案中，所述 等离子硬化表面选自等离子渗碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧 化表面、等离子硼渗表面及其任何组合。在某些医用植入物的实施 方案中，所述医用植入物选自肩部植入物、肘部植入物、手指植入 物、推骨植入物和颞-下颌骨植入物。在所述装置的某些实施方案 中，所述第一和第二接触面的关节联接互相相对。在所述装置的某 些实施方案中，所述装置在所述第一和第二接触面中的一面或两面 上进一步含有沉积的陶资层(coating)。在所述含有沉积的陶瓷层的装 置的某些实施方案中，所述沉积的陶瓷层选自氧化物陶瓷，氮化物 陶瓷，碳化物陶瓷，硼化物陶瓷及其任何组合。在所述装置的某些 实施方案中，所述装置在所述第一接触面和第二接触面中的一面或 两面上进一步含有金刚石或类金刚石碳薄层。在所述装置的某些实 施方案中，所述第一和第二接触面均含有扩散硬化的金属表面，且 其中所述第一接触面是渗碳扩散和氧化扩散的，而所述第二接触面 是渗碳扩散的。在所述装置的某些实施方案中，适用条件(b)，用于所述第一接触面的所述扩散硬化材料选自碳、氮、硼及其任何组 合；而用于所述第二接触面的所述扩散硬化材料选自碳、氮、氧、 硼及其任何组合，经历的条件是所述接触面之一用扩散硬化材料进 行扩散硬化，而另一个接触面不存在这样的扩散硬化材料，而另一 个接触面不存在这种扩散硬化材料。在所述装置的某些实施方案 中，所述扩散硬化材料选自碳、氮、氧及其任何组合。在所述装置 的某些实施方案中，所述装置是自动化和航空装置。[0012在另一个制备这种装置的方法的实施方案中，所述方法 包括下述步骤用金属或金属合金制备装置，所述装置含有第一部 分(所述第一部分具有第一接触面)和第二部分(所述第二部分具有第 二接触面)，其中所述第一和第二接触面互相接触；通过扩散硬化法 在所述装置上形成扩散硬化的金属表面，所述扩散硬化步骤用选自 由碳、氮、氧、硼及其任何组合的扩散硬化材料进行，所述扩散硬 化步骤根据步骤(a)或(b)进行(a)在所述第 一和第二接触面中的 一个接触面并且仅仅是一个接触面上进行扩散硬化，以形成扩散硬 化金属表面；(b)在所述第一和第二接触面的两个接触面上进行扩散 硬化，以形成扩散硬化金属表面，其中所述第一接触面至少用第一 种扩散硬化材料进行扩散硬化；而所述第二接触面至少用第二种扩 散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第 一种扩散硬化材料不同 于所述第二种扩散硬化材料。在某些实施方案中，所述制备装置的 步骤包括制备金属植入物。在某些实施方案中，所述用包含第一部 分和第二部分的金属和金属合金制备装置的步骤，包括用不同的金属或金属合金制备所述第一部分和所述第二部分。在某些实施方案 中，所述金属或金属合金是CoCr。在某些实施方案中，所述扩散硬 化的步骤包括等离子硬化。在某些制备医用植入物的实施方案中， 所述制备医用植入物的步骤包括制备髋部植入物。在某些制备髋部 植入物的实施方案中，所述第一部分和第二部分之一是髋臼元件， 而所述第一部分和第二部分中的另一个是股骨元件。在某些制备医用植入物的实施方案中，所述制备步骤包括制备膝部植入物。在某 些制备膝部植入物的实施方案中，所述第 一部分和第二部分之一是 胫骨元件，而所述第一部分和第二部分中的另一个是股骨元件。在 某些制备医用植入物的实施方案中，所述制备医用植入物的步骤包 括制备选自肩部植入物、肘部植入物、手指植入物、推骨植入物和 颞-下颌骨植入物的医用植入物。在某些实施方案中，所述方法进一 步包括在所述第 一和第二接触面中的一面或两面上沉积陶瓷层的步 骤。在某些实施方案中，所述方法进一步包括在所述第一和第二接 触面中的一面或两面上沉积金刚石或类金刚石碳薄层的步骤。在某 些实施方案中，所述在第 一和第二接触面两面均通过扩散硬化法形 成扩散硬化的金属表面的步骤，包括在所述第 一接触面形成渗碳扩 散表面和氧化扩散表面，而在所述第二接触面形成渗碳扩散表面。 在其中适用条件(b)的某些实施方案中，用于所述第一接触面的所述扩散硬化步骤用选自碳、氮、硼及其任何组合的扩散硬化材料进行；而用于所述第二接触面的所述扩散硬化步骤用选自碳、氮、氧、硼及其任何组合的扩散硬化材料进行，经历的条件是所述接触 面的 一 面用扩散硬化材料进行扩散硬化，所述扩散硬化材料与另一 接触面的扩散硬化材料不同。在某些实施方案中，所述用于形成扩 散硬化金属表面的扩散硬化步骤用选自碳、氮、氧及其任何组合的 扩散硬化材料进行。[0013在另一个医用植入物的实施方案中，所述医用植入物包 括第一部分(所述第一部分具有第一接触面)、第二部分(所述第二 部分具有第二接触面)；其中第一部分和第二部分由金属或金属合金 组成，而且其中第一和第二接触面互相接触；并且，其中条件(a)和(b) 之一得到满足(a)所述含有扩散硬化表面的第一和第二接触面之一 和未经扩散硬化的所述第一和第二接触面中的另一个接触面；(b)所 述第一和第二接触面均含有扩散硬化表面，其中所述第一接触面用 第 一种扩散硬化材料进行扩散硬化，而所述第二接触面用第二种扩散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第 一种扩散硬化材料不同于所述第二种扩散硬化材料；其中在(a)和(b)中的所述扩散硬化表面选自渗碳扩散表面和渗氮扩散表面。在某些实施方案中，含有所述第一部分的金属或金属合金不同于含有所述第二部分的金属或金属合金。在具体的实施方案中，所述金属或金属合金是CoCr。在具体的实施方案中，所述扩散硬化表面是等离子硬化表面。在某些实施方案中，所述等离子硬化表面选自等离子渗碳表面、等离子渗氮表 面和具有等离子渗碳和等离子渗氮两者的表面。在某些实施方案中，所述医用植入物是髋部植入物。在具体的髋部植入物的实施方 案中，所述第一部分是含有股骨干和股骨头的股骨元件，其中所述 股骨头含有所述第一接触面；其中所述第二部分是髋臼元件，所述 髋臼元件含有内表面，且其中所述内表面含有所述第二接触面。在 具体的髋部植入物的实施方案中，所述扩散硬化表面是等离子硬化 表面。在具体的髋部植入物的实施方案中，所述等离子硬化表面选 自等离子渗碳表面、等离子渗氮表面和具有等离子渗碳和等离子渗 氮两者的表面。在某些实施方案中，所述医用植入物是膝部植入 物。在具体的膝部植入物的实施方案中，所述第一部分是至少含有 一个髁关节的股骨元件，所述至少一个髁关节含有所述第一接触 面；并且其中所述第二部分是胫骨元件，所述胫骨元件含有所述第 二接触面。在具体的膝部植入物的实施方案中，所述扩散硬化表面 是等离子硬化表面。在具体的膝部植入物的实施方案中，所述等离 子硬化表面选自等离子渗碳表面、等离子渗氮表面和具有等离子渗 碳和等离子渗氮两者的表面。在其他的实施方案中，所述医用植入 物选自肩部植入物、肘部植入物、手指植入物、推骨植入物和颞-下 颌骨植入物。在具体的实施方案中，所述第一接触面和第二接触面 的关节联接互相相对。在某些实施方案中，所述植入物在所述第一 和第二接触面中的一面或两面进一步含有陶瓷层。在某些实施方案中，所述植入物在所述第一和第二接触面中的一面或两面进一步含 有金刚石或类金刚石碳薄层。[0014在本发明的另一个实施方案中，所述医用植入物包括第一部分(所述第一部分具有第一接触面)、第二部分(所述第二部分具有第二接触面)；其中第一部分和第二部分由金属或金属合金组成，而且其中第一和第二接触面互相接触；并且，其中条件(a)和(b) 之一得到满足(a)所述含有氧化扩散表面的第一和第二接触面之一 和未经扩散硬化的所述第一和第二接触面中的另一接触面；(b)所述 第 一和第二接触面之一含有氧化扩散表面，而所述第 一和第二接触 面的另一接触面是渗碳扩散、渗氮扩散、或渗碳扩散和渗氮扩散二 者。在某些实施方案中，所述第一接触面和第二接触面的关节联接 互相相对。在具体的实施方案中，所述金属或金属合金是CoCr。在 某些实施方案中，所述医用植入物是髋部植入物。在某些实施方案 中，所述医用植入物是膝部植入物。在某些实施方案中，所述植入 物在所述第一和第二接触面中的一面或两面进一步含有陶瓷层。在 某些实施方案中，所述植入物在所述第一接触面和第二接触面中的 一面或两面进一步含有金刚石或类金刚石碳薄层。[0015在本发明的另一个实施方案中，制备医用植入物的方法 包括下述步骤用金属或金属合金制备医用植入物，所述医用植入 物包括第一部分(所述第一部分具有第一接触面)和第二部分(所述第 二部分具有第二接触面)，其中所述第一和第二接触面互相接触；根据步骤(a)或(b)对所述医用植入物进行扩散硬化(a)在所述第一和第 二接触面中的一个并且仅仅是一个接触面上进行扩散硬化；(b)在所 述第 一 和第二接触面的两个接触面上进行扩散硬化，其中所述第一 接触面用第 一种扩散硬化材料进行扩散硬化；而所述第二接触面用 第二种扩散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第 一种扩散硬化 材料不同于所述第二种扩散硬化材料；其中在(a)和(b)中的扩散硬化 表面选自渗碳扩散表面和渗氮扩散表面。在某些实施方案中，所述15第 一部分含有与所述第二部分不同的金属或金属合金。在具体的实施方案中，所述金属或金属合金是CoCr。在具体的实施方案中，所 述扩散硬化的步骤包括等离子硬化。在某些实施方案中，所述制备 医用植入物的步骤包括制备髋部植入物。在某些实施方案中，所述 制备医用植入物的步骤包括制备膝部植入物。在某些实施方案中， 所述制备医用植入物的步骤包括制备选自肩部植入物、肘部植入 物、手指植入物、推骨植入物和颞-下颌骨植入物的医用植入物。在 某些实施方案中，所述方法进一步包括在所述第一和第二接触面中 的一面或两面上沉积陶资层的步骤。在某些实施方案中，所述方法 进一步含有在所述第 一接触面和第二接触面中的一面或两面上沉积 金刚石或类金刚石碳薄层的步骤。[0016在本发明的另一个实施方案中，制备医用植入物的方法 包括下述步骤用金属或金属合金制备医用植入物，所述医用植入 物包括第 一部分(所述第 一部分具有第 一接触面)和第二部分(所述第 二部分具有第二接触面)，其中所述第一和第二接触面互相接触；根据步骤(a)或(b)对所述医用植入物进行扩散硬化(a)在所述第一和第 二接触面中的一个并且仅仅是一个接触面上进行氧化扩散，而所述 第一和第二接触面中的另一个接触面不进行扩散^^f匕；(b)在所述第 一和第二接触面之一进行氧化扩散，在所述第一和第二接触面中的 另 一接触面进行扩散硬化；其中在(b)上的扩散硬化步骤选自渗碳扩 散表面和渗氮扩散表面。在某些实施方案中，所述第一部分含有与 所述第二部分不同的金属或金属合金。在具体的实施方案中，所述 金属或金属合金是CoCr。在某些实施方案中，所述扩散硬化表面是 等离子硬化表面，所述氧化扩散表面是等离子氧化表面，或者所述 扩散硬化表面是等离子硬化表面，所述氧化扩散表面是等离子氧化 表面。在某些实施方案中，所述制备医用植入物的步骤包括制备髋 部植入物。在某些实施方案中，所述制备医用植入物的步骤包括制 备膝部植入物。在某些实施方案中，所述制备医用植入物的步骤包括制备选自肩部植入物、肘部植入物、手指植入物、推骨植入物和 颞-下颌骨植入物的医用植入物。在某些实施方案中，所述方法进一 步含有在所述第 一和第二接触面中的 一 面或两面上沉积陶资层的步 骤。在某些实施方案中，该方法进一步含有在所述第一和第二接触 面中的 一面或两面上沉积金刚石或类金刚石碳薄层的步骤。[0017本发明前述已广泛概括了本发明的特点和技术优点以便于那个更好地理解本发明的详述。本发明其他的特点和优点将在形 成本发明的权利要求的主题的后述中描述。本领域技术人员将理 解，所公开的概念和具体的实施方案对于实施与本发明相同目的的 其他结构的修饰和设计将是可利用的基础。本领域技术人员也应该 认识到，这种等同的构造并不脱离本发明在所附权利要求中提出的 精神和范围。当结合伴随的数据一起考虑时，从下文的描述将更好 的理解被认为是本发明的特征的所述新特点(包括其结构和操作方法 二者)、以及进一步的目的和优点。然而为了更明确的理解，提供各 插图仅仅是为了举例说明和描述，并且也不打算作为限制本发明的 定义。插图简述[0018为了更全面了解本发明，现结合附图进行以下描述作为 参考，其中[0019

图1显示在髋部模拟器中毛胚铸件和等离子渗碳金属-对-金属配对的线型磨损。[00201图2显示毛胚铸件CoCr合金样品上渗碳层的金相图。[0021图3显示髋关节假肢在原位的简图。00221图4是显示离开原位的典型髋关节假肢的简图。[0023图5显示膝关节假肢在原位的简图。[0024图6是显示离开原位的典型膝关节假肢的简图。发明详述[0025如本文所用，"a"或"an"表示一个或多个。除非另有所指 或者内容很清楚，所述单数包括所述复数而所述复数也包括所述单 数。[0026如本文所用，所述术语"关节联接"(当其涉及多个医用 植入物表面时)表示在主要的承重方式中互相接触的表面。应用于本 文的所述术语"接触"(当其涉及多个医用植入物表面时)表示所述植入 物的任何表面，所迷表面与植入物的另一面接触，包括承重接触(即 是关节联接表面)和非承重接触二者。因此，所述术语"接触面"范围 更宽，并包含术语"关节联接表面"。所述术语"接触面"表示所有接触 形式，也包含中间形式的接触，如第二承重方式中的接触。这种医 用植入物表面被称为接触表面。当所述植入物用于相对于另一个植 入物表面时，应该理解这表示两个表面置于一个位置上，这样它们 是彼此相互接触的接触面。医用植入物中的接触面被认为是相互 "配对(coupled to)"的。[0027如本文所用，"植入物部分"表示医用植入物的任何部 分。医用植入物的植入物部分可以是单独的(分离的)部分也可以是一 个整体植入物的分离的部分。[0028如本文所用，"扩散硬化"表示一种金属或金属合金硬化 的常规技术，所述技术将硬化材料扩散到金属或金属合金的表面并 进入金属或金属合金体积内。扩散硬化包含"常规的扩散硬化"，即 将气体、液体或固相中的扩散硬化材料与金属或金属合金接触，通 常在高温下进行；和"等离子硬化"，即将在等离子中的扩散硬化材料 与金属或金属合金接触以起到将材料扩散进入金属或金属合金内部 的作用。本发明所述扩散硬化材料限定为碳、氮、硼和氧。因此， 本文的扩散硬化形成渗碳表面、渗氮表面、氧化表面、硼渗表面或 其任何组合。本文中，"等离子硬化"表示等离子渗碳、等离子渗氮、18等离子硼化、等离子氧化或其任何组合。"等离子硬化表面"表示等离 子渗碳表面、等离子渗氮表面、等离子硼渗表面、等离子氧化表面 或其4壬4可组合。[0029如本文所用，"扩散硬化金属表面"被定义为用所述方法 进行扩散硬化的金属或金属合金表面，以避免在表面形成陶瓷层， 或移出扩散硬化过程中形成的任何这类层。"扩散硬化陶瓷表面"是当 金属或金属合金经历扩散硬化过程时，形成陶瓷层表面的 一种层 面。在这种方法中，扩散硬化表面不同于扩散硬化陶瓷表面。[0030如本文所用，CoCr合金的限定广泛，包括含有至少20 %(重量/重量)铬和至少50%钴的合金。平衡元素可以是钼、钨、铁、 氮和碳。ASTM国际标准F799、 F1537、 F75和F90 (ISO 5832-4到 ISO 5832-8)描述了典型的这种组合的合金。虽然本发明大部分的讨论 聚焦于CoCr合金，但应该理解本发明并不限于CoCr合金，它可以应 用于任何金属或金属合金以及本文中的医用植入物，所述金属或金属 合金优选生物相容性金属或金属合金，如那些在整形术的应用中常用 的金属或金属合金。[0031如本文所用，"渗碳层，，表示含有金属或金属合金基材和 碳的固体溶液的金属层或金属合金层。所述基材用碳扩散形成固体 溶液。应该注意到对渗氮层(用氮扩散)、氧化层(用氧扩散)、渗硼层 (用硼扩散)和采用渗碳、渗氮、氧化和渗硼(boridation)的任何组合的 组合层的应用都包括在本发明范围内。尽管本文大多数讨论集中在 渗碳方面，但是，应该理解本发明包括用填隙元素(interstitial elements)碳、氮、氧和硼的任何一种或其任何組合硬化的金属。因 此，除了渗碳层，也可以具有氧化层、渗氮层、渗硼层及其组合。 虽然碳、氮、氧和硼在本发明中都有应用和被包含在本发明中，但 是碳是最优选的而硼是最少选用的。因此在本发明的某些实施方案 中，用硼形成渗硼层被排除。[0032在年轻和充满活力的患者中，对于磨损少的植入物的需 求曰益增长。常规的植入物应用聚乙烯和金属或陶资相对的表面 (counterface)。虽然这些植入物的磨损已经显著下降，4旦它们仍然有 局限性。局限性之一是植入物的尺寸。为了达到年轻和充满活力的 患者对植入物稳定性和更大的运动范围的要求，制备较大尺寸的植 入物正在成为一种趋势。这导致了金属-对-金属植入物的出现。典型 的金属-对-金属植入物用高碳CoCr合金制备。尽管它们的磨损率显 著下降，但是从这些植入物中可释放出金属离子并且其对人体生理 的影响仍然是关注的问题。如前述所提到的，减少所述磨损已成为 多种发明的目的。[0033常规的金属和金属合金的扩散硬化技术是本领域在骨科 应用中已知的。Davidson在美国专利5,037,438号中首次证明可将扩 散硬化氧化物表面，如氧化锆应用于骨科，Davidson的'438专利公开 了制备具有氧化锆表面的锆合金假肢的方法。Watson在美国专利 2,987,352号中公开了制备具有氧化锆表面的锆轴承的方法。产生的氧 化层在厚度上并不总是一致的，而这种非均一性降低了锆合金和所述 氧化层之间结合的完整性，同时降低了所述氧化层内部结合的完整 性。Davidson和Watson都提出了锆合金的扩散硬化。常规方法中， 于空气中在高温下加热锆合金。在空气中加热使基材中的氧扩散，从 而在所述表面上形成陶瓷氧化物。在另一个方法中，Shetty等(美国专 利5,308,412号)提出CoCr合金的渗氮扩散硬化。Shetty提出在氮富 足的环境(离子或分子)下长时间加热CoCr合金，可用氮扩散硬化所述 表面。Davidson在美国专利5，152，794中延伸了渗氮扩散(用氮作为渗 氮的氮源)的扩散硬化的传统概念。美国专利2,987,352、 5,037,438、 5,308,412和5,152,794均通过引用全文结合到本文中。[00341在美国专利6，447,550、 6,585,772和待审的美国专利申请 系列号10/942,464中，Hunter等描述了获得均匀厚度的氧化锆层的方 法。Hunter提出理获得所述均匀层。均匀厚度的氧化层的应用导致对体液活动的耐 腐蚀性增强以及其他益处，在接受者的生存期内其生物相容性和稳定性是良好的。美国专利6,447,550、 6,585,772和待审的美国专利申 请系列号10/942,464均通过引用全文结合到本文中。Hunter等提出 了获得均匀氧化物的两个方法。其中之一是达到足够的粗糙表面作 为预-氧化步骤。这种粗糙表面使得氧气均匀地扩散并在所述表面上 产生粘附的、均匀的氧化物。在另一个方法中，Hunter提出应用精致 的、良好的紋状微结构。所述方法的目的也是使得氧气在基材中均 匀地扩散并形成均匀地氧化物粘附层。然而，应该理解由Davidson、 Watson和Hunter的组合物是扩散硬化陶瓷表面。本发明的表面的不 同之处是下文解释的扩散硬化金属表面。0035Davidson和Hunter的常规的扩散硬化方法可使间隙元素 (如C、 N、 0和/或B)向金属表面扩散。当这些元素在所述表面扩散 时，可能使所述金属渗透饱和并因此导致所述表面的硬化。如果扩散 进一步继续，超出基材中所述间隙元素的溶解度限制，可导致沿着扩 散硬化带形成陶瓷表面或形成一种化合物。Davidson和Hunter方法的 一个实施例是在锆合金表面形成氧化物。本发明的目的是仅形成扩散 硬化的金属表面，而不在所述表面形成陶瓷层或化合物。在常规方法 中如果形成所述陶瓷层或化合物，可用本领域已知技术除去之。本领 域技术人员已知，可用几种方法进行扩散方法。本领域已知的常规扩 散硬化方法是压缩渗碳或渗氮、盐浴渗碳或渗氮或采用扩散材料的气 体混合物。例如，在250。C到1000。C温度范围、100%氮气存在下， 将用CoCr合金制备的装置加热延长的时间。较长的扩散时间将产生 更厚的扩散硬化带。硬化的典型时间可以是5小时或更长。可将所述 装置放置于一个自然的对流烤箱中或者用加热电阻加热。经过这样长 时间的处理后，沿着表面的薄陶乾层(氮化铬)可形成扩散硬化带。这 种陶瓷层现在可通过抛光与磨料除去，所述磨料例如碳化硅或氧化铝 或二氧化硅，但不局限于此。本发明的目的是制备扩散硬化的、并且是金属性质的表面。本领域另一个扩散硬化方法是等离子硬化。本领 域技术人员应该理解所述目的是扩散材料可以以固体、液体、气体、 等离子体形式或其组合存在。例如，Ti合金的氮扩散硬化可在富氮氛 围下或者在氮气等离子体中进行。如果在所述表面对钛的氮化物进行 长时间的氮扩散。常规的扩散硬化法有时会导致形成表面的陶瓷层， 本发明的目的是使得所述渗透饱和仅在允许范围内，这样不致形成陶 资层或既便形成陶资层，也可以通过机械方法除去、或者通过加热无 扩散硬化材料的表面，使得扩散硬化材料深入到基材中，由此消耗可 能已经形成的任何陶资层。机械去除陶瓷层的实施例包括用磨料例如 碳化硅、氧化铝或二氧化硅研磨。尽管用酸或碱很难去除大多数陶瓷 表面，但可以用化学-机械抛光法。所述化学抛光法采用悬于酸或石烕介 质中的磨料，其可增强陶瓷表面的去除率。可替换地，在常规扩散硬 化方法中形成的陶资层可通过对过程中的变量(时间、温度、扩散硬化 材料的浓度等)的精确控制避免陶瓷层的形成。根据金属或金属合金基 材的性质、扩散硬化材料的性质和其他可能的因素对常规扩散硬化法 中的变数进行修饰是有必要的。在某些例子中，可能有必要在 一 系列 条件下制备样品，然后对样品进行分析测试以确定陶瓷层的形成和程 度。可通过常规横截面金相技术测定陶瓷层的存在。也可以用所述表 面的化学组成，并根据所述合金系统的扩散材料的溶解度测定。反过 来，可在所述相图中获得扩散材料的溶解度。也可以采用检测样品的 电容-电压测定所述陶瓷层的存在。由于陶瓷层是典型的绝缘体，金属 表面的陶资层可产生电容。可替换地，可用深度剖面和X射线光电子能谱(XPS)检测陶乾层或其厚度。在XPS中，可测定扩散材料价态，其反过来有助于评估所述陶瓷层的厚度。也可应用其它本领域普通技 术人员已知的分析技术、特别是表面分析技术。对过程中的变量的修 改可避免所述陶瓷层的形成。同样地，当通过机械法、化学法或加热 处理法去除陶瓷层时，可对样品进行分析检测以确定所述陶瓷层去除的程度。在本发明中，用Davidson、 Watson和Hunter的常规扩散硬化方法形成扩散硬化表面时，需要终产品是扩散硬化的金属表面，并 且没有扩散硬化的陶瓷表面。[0036如所讨论的，金属和金属合金扩散硬化产生扩散硬化的金属表面的另 一个机理包括通过非金属材料的结合，通过用等离子 体材料处理所述金属或金属合金，对这些材料的表面进行修饰。典 型的等离子体是离子化气体(原子和分子)，由于等离子体独特的性质，通常将其认为是与固体、液体和气体不同的一个独有的物质 相。气体原子或分子的离子化导致至少有一个电子从原子或分子部 分分离出来。产生的自由电荷使所述等离子可以导电，因此产生很强的电磁场。可通过电磁场(例如RF或微波等离子体)或电压放电(例 如辉光放电)产生等离子体。在某些实施例中，象在常规扩散硬化法 讨论中的 一样，避免陶瓷层的形成或去除任何这样的层都是必需 的。这与在常规扩散硬化法讨论中的情况类似。去除技术与常规扩 散硬化的样品是一样的。还有与常规扩散硬化法中同样的是，根据 金属或金属合金基材的性质、扩散硬化材料的性质和其他可能的因 素，对所述等离子硬化过程中的变量进行修改。在某些情况下，可 能有必要在一系列条件下制备样品，然后对样品进行分析测试以确 定陶瓷层的形成和程度。[0037Bell等此前描述了采用碳的CoCr合金的等离子硬化法(美 国专利申请2005/0241736 Al号)。Shetty等提出了采用氮的扩散硬化 法(美国专利5,308,412号)。所述'736专利申请描述了渗碳方法。并进 一步提出这种加工的植入物可用于膝部或髋部关节。所述'412专利描 述了所述渗氮方法。应该注意到这两项发明都没有提及这种硬化的 植入物和非-硬化的植入物的配对。美国专利申请2005/0241736 Al号 和美国专利5,308,412号通过引用结合到本发明全文中。[0038然而，可通过采用本领域任何和所有已知的方法，用渗 碳法和/或渗氮法和/或氧化法和/或渗硼法来硬化表面。优选的实施方 案采用上述常规扩散硬化法或等离子硬化技术。本发明通常包括金属装置表面，以及特殊的医用植入物表面，特别是医用植入物和经 受磨损例如关节联接表面的磨损的金属装置的这些表面的渗碳法、 渗氮法、硼化法、氧化法及其组合。[0039通常，本发明内容中的等离子体处理表示在碳源、氧源、氮源、硼源或其任何组合的存在下，将金属或金属合金暴露于等离子体中。碳源的实例包括曱烷；氮源的实例包括氮气；氧源的 实例包括氧气和空气。硼源的实例包括，但不限于无定形硼、硼酸 (B203)和三氯化硼(BCl3)。这些只是举例说明扩散材料的来源，本领 域技术人员已知的其他来源也适用于本发明。所述同样的来源也用 于常规扩散硬化技术。[0040在一个范例中，提供了所述等离子渗碳医用植入物的非-限制性方法。将植入物表面置于容器内，所述表面作为阴极与电源 和控制器连接，而所述容器壁作为阳极与直流电电源连接。在植入 物部分或仿制样品上钻一个直径3mm的孔，通过插入该孔中的热电 偶测定所述植入物的温度。在将可密封的容器紧密封闭后，用旋转 泵除去残余的空气(氧气)，这样使得所述容器的压力下降。当压力降 至10 Pa (0.1 mbar)或更低时，在两个电极之间采用约400伏到约900 伏电压后，在所述植入物和容器壁(阳极)之间导入辉光放电。同时在 所述容器内导入加热的氢气。在所述植入物温度升高的同时所述容 器内的氢气压力逐渐增高。所述植入物未采用任何外部或辅助加 热，仅通过辉光放电等离子态加热植入物。可替换地，也可采用外 部热源。[0041在另一个实施方案中，可使用附加在所述容器上的外部 加热器、或采用外部加热和辉光放电加热结合的方法。可采用直流 放电(dc)、脉冲dc放电或交流放电(ac)。[0042在将植入物加热至规定的温度后，向所述容器内导入氢 气(98.5%)和曱烷(1.5%)的混合气体，并开始等离子处理。所用处理温度从约400。C到约600°C,而处理时间为10小时。处理步骤的工 作压力为500 Pa (5.0 mbar)。[0043在所述等离子加热处理中，将所述甲烷电离、激活、分 离，以产生碳离子和活性碳原子以及中性分子，然后用所述物质对 所述盘表面进行扩散形成碳扩散层。当在相对低温(范围从300°C到 550 。C)下进行所述等离子处理时，所述碳原子主要在钴的晶格中残 留，由于处理时采用相对的低温，形成带有一个可能的纳米晶体 (nanocrystalline)结构的超饱和的固体溶液。形成的层具有硬度高、良 好的疲劳强度和优良的耐磨损和耐腐蚀性(参见下文)。当在相对高温 (范围从600°C到700 。C)下进行等离子处理时，碳原子在钴的晶格 中部分残留，形成超饱和的固体溶液，并且部分与碳结合形成碳化 铬。形成的层具有硬度高、良好的疲劳强度和优良的耐磨损性。[0044等离子处理完成后，关闭辉光放电等离子，在将植入物 移出容器前，先在容器内的处理氛围下使所述植入物冷却至室温。 为达到预期的渗氮水平，处理时间和温度可以是变化的。对于所述 植入物的渗氮，可采用相同的使用氢气和氮气的混合气体、或单独 使用氮气的方法。同样，为达到预期的渗氮水平，处理时间和温度 也可以是变化的。最后，渗碳和渗氮二者均有可能使用氮源和碳源 (例如，甲烷、氢气和氮气的混合气体等)。或者，在同一个植入物部 分可顺序进行独立的渗碳和渗氮步骤。[0045应该理解，上述提供的实施例仅仅是说明性的，而不是 详尽的；可应用任何已知的或正在开发的渗氮和/或渗石灰方法的等离子体。金属或金属合金(优选CoCr)表面的渗碳和/或渗氮的充分程度 的所有需要，均适用于本发明。在本发明的某些实施方案中，优选 渗碳或渗氮层的厚度至少为l微米。[0046本发明人意外发现当医用植入物的第一接触面是扩散硬 化的金属表面，而第二接触面或者是1)非扩散硬化的或者是2)用不 同于在第 一接触面所用的硬化材料扩散硬化(特别地，其中所述接触面是关节联接的表面)时，第一个金属接触面和第二个金属接触面的 磨损性显著减少。在本发明中，当表面扩散硬化时，其扩散硬化形 成扩散硬化的金属表面。所述磨损性较低的原因并不完全清楚。尽 管不希望被理论约束，但是所述接触面不同的硬化方法(由于表面的 不同处理)和/或所述第 一和第二接触面的不同组成有可能发挥着可见的有益作用。已经观察到，与非-等离子体的渗碳CoCr表面相对于另 一个非-等离子体的渗碳CoCr表面比较，以及与等离子体的渗碳 CoCr表面相对于另一个等离子体的渗碳CoCr表面比较，在承重模式 中，与非-渗碳CoCr表面接触的等离子渗碳CoCr表面展现出超强的 磨损特性。[00471图1显示在髋关节模拟器中检测的毛坯铸件与等离子体 的渗碳CoCr金属-对-金属配对的线性磨损。在0.5百万循环(Mcycles) 结束时，所述关节联接的毛坯铸件相对金属-对-金属配对的毛坯铸件 的线性磨损是7微米。在1百万循环结束时，线性磨损增加到10微 米。然后达到一个恒态增加并稳定在10微米。本发明人发现如果配 对的接触面中只有一个选择硬化(例如用渗碳方法硬化)，磨损率可显 著降低。如图2中所示，当股骨头是渗碳表面而髋臼壳不是渗碳表面 时的线性磨损大约为3微米，并在高达2.5M循环时，线性磨损稳定 在5微米。因此，导致线性磨损下降大约50%。如图l所示，本发明 者发现当配对中的两个表面都选择硬化时，实际上，所述磨损大于 两个接触面都不是硬化表面时的磨损。当两个元件都是渗碳时，在 0.5 M循环的线性磨损大约是6微米。在1M循环结束时，所述线性 磨损增加到23微米，而在2.5M循环结束时，增加到约35微米。通 过选择所述配对中的一个元件进行硬化来降低该配对组合的磨损是 本发明的一个独特的实施方案。本领域技术人员应该理解如果配对 中的一个用渗氮法也会得到同样的结果。[0048在本发明的实施方案中，所述被渗碳化的基材合金可以 是毛坯铸件。图2显示毛坯铸件元件的渗碳层的金相图象。所述渗碳层厚度大约为8微米。例如在本发明的优选实施方案中，所述渗碳元 件与非-渗碳元件配对。所述非-渗碳元件可以是毛坯铸件或者是用可锻造的型材(bar stock)制备的机械。或者，它可用锻造元件制备。应 该注意到本发明的具体的实施方案利用了所述配对元件不同的表面 硬度/组成的特点。[00491或者，被渗碳化的基材合金是用可锻造的型材制备的机 械或者是锻造的机械。然后将渗碳元件与非-渗碳元件配对。非-渗碳 元件可以是毛坯铸件或者是用可锻造的型材制备的机械。可替换 地，其可用锻造材料制备。[0050在本发明的实施方案中，所述渗碳层厚度从1微米到25 微米。在毛坯铸件元件中，渗碳层可包括图2所示的碳化物基材。在 可锻造元件中，渗碳层可以包括或者不包括经过基材合金预-渗碳加 热处理的精细的碳化物。在本发明的一个方面，渗碳层大约比基材 合金硬1.2倍。0051尽管图1的实施例显示了在应用等离子渗碳CoCr表面 相对于一个未处理过的(例如毛坯铸件)CoCr表面时，认识到磨损性 得到意外的改善，但是本发明并不仅限于此。尽管不希望被理论所 约束，推测所述改善是基于等离子渗碳CoCr表面和未处理过的(例 如毛坯铸件)CoCr表面之间不同的硬度。因此，推测在任何硬-对-硬 配对中在相配的表面采用不同的处理将导致磨损性的改善。例如， 具有等离子渗碳CoCr表面，与其配合操作的(cooperating)等离子渗 氮CoCr表面的医用植入物也在并发明范围之内。因为应用了两个不 同的扩散材料，将导致在互相配合操作的表面上硬度不同。本发明 范围也包括其他等离子硬化的表面与另 一个等离子硬化的表面(用不 同材料进行硬化)相对的组合。例如，可以采用等离子氧化的CoCr相 对于等离子渗氮的CoCr等。对于等离子硬化，可采用等离子渗碳、 等离子渗氮和等离子氧化的任何一种。每一种可用于与一个等离子 硬化的表面(用其他扩散硬化材料的一种硬化)相对或者可替换地，可将它们用于与未处理过的CoCr表面相对。最后，可将等离子渗碳表面、等离子渗氮表面和等离子氧化表面的任何一种用于与用常规扩 散硬化技术进行硬化的表面相对。 一个这样的实例是将等离子渗碳 表面、等离子渗氮表面和等离子氧化表面的任何一种用于与Davidson-型扩散硬化的表面相对。0052在本发明的某些实施方案中，将扩散硬化层用作陶瓷层 沉积的预-处理表面。在这些实施方案(沉积的陶瓷层)和在任何扩散 硬化过程中(包括常规扩散硬化方法和等离子硬化二者)形成的原位陶 瓷层之间作出区别是非常重要的。所述陶瓷层可以是氧化层、渗氮 层、渗碳层或硼化层。这类薄层的实例包括氧化铝、氮化铝、碳化 铬、氮化铬、碳化钛、氮化钛和碳氮共渗钛。可用本领域已知方法 沉积这些薄层(coatings)，例如，^f旦不限于物理气相沉积(PVD)或化学 气相沉积(CVD)。然后在医用植入物中，将所述陶瓷覆盖的元件与扩 散硬化的或非-扩散硬化的元件配对。可替换地，在非-扩散硬化的元 件上形成硬的层，所述非-扩散硬化的元件与扩散硬化的元件配对。[00531在本发明另一个实施方案中，将所述扩散硬化元件用作 金刚石或类金刚石碳(如纳米晶体金刚石)的表面，这些薄层与非-扩 散硬化元件相配对。或者，扩散硬化的元件用金刚石或类金刚石覆 盖，金刚石或类金刚石碳薄层与扩散硬化的元件相配对。同样，这 些实施方案的薄层不象既可以在常规扩散硬化方法中形成也可以在 等离子硬化方法中形成的陶瓷层，所述层不会在原位形成，但更容 易沉积或位于以前形成的扩散硬化的金属表面。[0054在本发明的实施方案中，在所述渗碳表面建立了抗微生 物的表面。这是通过将银离子浸渗到渗碳层而达到的。可用离子注入或采用扩散方法浸渗所述银离子。然后将所述银浸渗的渗碳元件 与非-渗碳的或陶瓷覆盖的渗碳元件相配对。[0055本发明在CoCr假肢装置的关节联接表面上也提供了具有 低摩擦、耐磨损表面。简图中的图3-6显示了这类关节联接表面的说明性实例，简图说明了髋关节和膝关节假肢装置。应该理解图3-6仅 表示说明性的实例，本发明适用于各种假肢植入物。其它实例包括 肩关节植入物、肘关节植入物、指关节植入物、推关节植入物和颞-下颌骨关节植入物。[0056典型的髋关节组装的原位图示于图3，而离开原位的图示 于图4。如图3和图4所示，髋关节干2适合股骨，同时假肢的股骨 头6适合于髋臼杯10并且关节联接与髋臼杯的内表面8相对，而髋 臼杯又依次附着于骨盆。通过在周边组织中植入多孔薄层，混合的 多孔金属珠或丝网层12可增加所述植入物的稳定性。股骨头6可以 是髋关节干2的不可分割的一部分，或者可以是安装在所述髋关节假 肢的股骨颈4末端的圆锥尖端部的单独元件。在髋关节植入物的实施 方案中，股骨头关节联接与髋臼杯内表面相对，因此造成磨损，因 而从长远来说，可能需要假肢置换。所述内表面可以是适合髋臼杯 的衬垫的形式，或者也可以是关节联接元件的不可分割的部分。在 本发明的优选实施方案中，股骨头6和髋臼杯IO二者均由CoCr合金 制成，然而其中股骨头6或髋臼杯10的内表面8之一，并且仅仅是 其中之一是扩散硬化的。与CoCr表面(非-扩散硬化)的关节联接相对 于另 一个CoCr表面(非-扩散硬化)或扩散硬化的CoCr表面的关节联接 相对于另一个扩散硬化的CoCr表面相比较，这一关节联接的配对表 现出意外的低磨损率。在其它实施方案中，两个关节联接表面都是 扩散硬化的，条件是一个表面用扩散材料扩散硬化，该扩散材料与 另一个表面的材料不同。例如，可以是碳氮共渗表面的关节联接与 渗碳表面相对。在优选的实施方案中，尽管常规扩散硬化法和等离 子硬化法和扩散硬化法的组合均适用，但是扩散硬化是通过等离子 硬化实现的，优选等离子渗碳。其他本领域已知的扩散硬化技术也 适用，可单独应用，也可与等离子石更化法和扩散硬化法结合应用。 图3和图4的实施方案是对全髋关节置换的说明。然而，应该理解本 发明不仅适用于全髋关节置换，也适用于髋关节表面置换(arthoplasty)，例如但不限于商业上称为Birmingham髋关节表面重修 节表面重》务。[0057典型的膝关节假肢的原位图示于图5，而离开原位的图示 于图6。膝关节包括股骨元件20和胫骨元件30。股骨元件包括髁部 22和钉子24，髁部提供股骨元件的关节联接表面而钉子用于将股骨 元件固定于大腿骨。胫骨元件30包括胫骨基座32,胫骨基座用钉子 34安装固定于胫骨上。将胫骨平台36安装固定在胫骨基座32的顶上 并提供一个类似髁部22形状的槽38。髁部的底部表面26与胫骨平台 的槽38接触，这样，使这些槽内的髁部关节联接与所述胫骨平台相 对。如同髋关节的情况，多孔珠或丝网层也均可适用于膝关节的胫 骨或股骨元件或两者。在本发明的优选实施方案中，股骨元件20和 胫骨元件30均由CoCr合金制成，其中股骨元件20和胫骨元件之 一，并且仅仅是其中之一是扩散硬化的。同样，与CoCr表面(非-扩 散硬化)的关节联接相对于另 一个CoCr表面(非-扩散硬化)或扩散硬化 的CoCr表面的关节联接相对于另一个扩散硬化的CoCr表面相比较， 这一关节联接的配对表现出意外的低磨损率。在其它实施方案中， 两个关节联接表面都是扩散硬化的，条件是一个表面用扩散材料扩 散硬化，该扩散材料与另一个表面的材料不同。例如， 一个碳硼共 渗表面的关节联接可与一个渗碳表面相对。在优选的实施方案中， 尽管常规扩散硬化法和等离子硬化法以及扩散硬化法的组合均适 用，但是所述扩散硬化是通过等离子硬化实现的，优选等离子渗 碳。其他本领域已知的扩散硬化技术也适用，可单独应用，也可与 等离子硬化法和扩散硬化法结合应用。0058应该理解虽然本发明在所述植入物和方法中优选的基材 是CoCr,但是任何金属或金属合金基材的应用都包括在本发明的范 围内。对于医用植入物的应用，优选生物相容性的这类金属或金属 合金。更广泛地，所述范围延伸至具有金属或金属合金接触面的植入物，其中所述表面之一是扩散硬化的而另 一个接触面或者是非扩 散硬化的，或者是用相对的接触面所用的扩散硬化材料不同的扩散 硬化材料扩散硬化的。[0059由于本发明的金属配对的优越耐磨特性，可将其应用于医学植入物以外的领域。例如，本发明可适用于其中金属元件相互 支撑的任何应用。非-限制性实例包括自动化和航空工业零件及元件 (和大多数装置)。其他商业的和工业的元件也适用于本发明并涵盖在 本发明内。其他的磨损应用将从该改进的配对中获益。其他的应用，只要主题涉及金属-基础的配对的承重磨损(b)，就适用于本发 明，这对本领域普通技术人员而言将是显而易见的。[0060尽管已经详细描述了本发明及其优点，应该理解可做出 的各种各样的变化、替换和改进，而不背离在所附权利要求书限定 的本发明的精神和范围。而且，不打算将本申请的范围限定在说明 书中描述的过程、机械、制备，以及物质、手段、方法和步骤的组合 的具体实施方案。从本发明的公开内容、过程、机械、制备、物质、手段、方法或步骤的组合，本领域技术人员可容易地意识到可 根据本发明，利用目前存在的或以后将要开发的、与本发明相应的实 施方案，以实行基本相同的功能或达到基本相同的结果。因此，所附 权利要求书打算将这样的过程、机械、制备、物质、手段、方法或 步骤的组合包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种装置，其含有第一部分，所述第一部分具有第一接触面；第二部分，所述第二部分具有第二接触面；其中第一部分和第二部分由金属或金属合金组成，并且其中第一接触面和第二接触面互相接触；和，其中条件(a)和(b)之一得到满足(a)所述第一接触面和第二接触面之一含有扩散硬化的金属表面，所述表面用扩散硬化材料进行扩散硬化，而所述第一接触面和第二接触面中的另一个接触面是未经扩散硬化的金属表面；(b)所述第一接触面和第二接触面均含有扩散硬化金属表面，其中所述第一接触面用至少第一种扩散硬化材料进行扩散硬化，而所述第二接触面用至少第二种扩散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第一种扩散硬化材料不同于所述第二种扩散硬化材料；其中所述扩散硬化材料选自碳、氮、氧、硼及其任何组合。
2. 权利要求l的装置，其中所述装置是医用植入物。
3. 权利要求1或2的装置，其中所述含有所述金属或金属合金的 第一部分与含有所述金属或金属合金的所述第二部分不同。
4. 权利要求1或2的装置，其中所述金属或金属合金是CoCr。
5. 权利要求1或2的装置，其中所述接触面中的一个或两个接触 面含有等离子硬化表面。
6. 权利要求5的装置，其中所述等离子硬化表面选自等离子渗 碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧化表面、等离子硼渗表面及其 任何组合。
7. 权利要求2的装置，其中所述医用植入物是髋部植入物。
8. 权利要求7的装置，其中所述第一部分和第二部分中的一个 是包含股骨头的股骨元件，并且其中所述股骨头含有接触面；而其中所述第 一部分和第二部分的另 一个是髋臼元件，所述髋臼元件含 有内表面，其中所述内表面含有接触面。
9. 权利要求8的装置，其中所述接触面中的一个或两个接触面 含有等离子硬化表面。
10. 权利要求9的装置，其中所述等离子硬化表面选自等离子渗 碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧化表面、等离子硼渗表面及其 任何组合。
11. 权利要求2的装置，其中所述医用植入物是膝部植入物。
12. 权利要求ll的装置，其中所述第一部分和第二部分之一是 含有至少一个髁关节的股骨元件，所述至少一个髁关节含有接触 面；并且其中所述第一部分和第二部分中的另一个是胫骨元件，所 述胫骨元件含有接触面。
13. 权利要求12的装置，其中所述接触面中的一个或两个接触 面含有等离子硬化表面。
14. 权利要求13的装置，其中所述等离子硬化表面选自等离子 渗碳表面、等离子渗氮表面、等离子氧化表面、等离子硼渗表面及 其任何组合。
15. 权利要求2的装置，其中所述医用植入物选自肩部植入物、 肘部植入物、手指植入物、推骨植入物和颞-下颌骨植入物。
16. 权利要求1或2的装置，其中所述第一接触面和所述第二接 触面的关节联接互相面对。
17. 权利要求1或2的装置，其在所述第一和第二接触面中的一 个或两个面上还含有沉积的陶t;层。
18. 权利要求17的方法，其中所述沉积的陶瓷层选自氧化物陶 瓷，氮化物陶瓷，碳化物陶瓷，硼化物陶瓷及其任何组合。
19. 权利要求1或2的装置，其在所述第一和第二接触面中的一 个或两个面上还含有金刚石或类金刚石层。
20. 权利要求1或2的装置，其中所述第一和第二接触面均含有包含扩散硬化的金属面的表面，且其中所述第一接触面是渗碳扩散 和氧化扩散的，而所述第二接触面是渗碳扩散的。
21. 权利要求1或2的装置，其中适用条件(b)且， 用于所述第一接触面的所述扩散硬化材料选自碳、氮、硼及其4壬4可组合；而用于所述第二接触面的所述扩散石更化材料选自碳、氮、氧、硼 及其任何组合，经历的条件是所述接触面之一用扩散硬化材料进行扩散硬化， 而另 一个接触面不存在这种扩散硬化材料。
22. 权利要求1或2的装置，其中所述扩散硬化材料选自碳、 氮、氧及其任何组合。
23. 权利要求l的装置，其中所述装置是自动化和航空装置。
24. —种制备装置的方法，所述方法包括下述步骤 用金属或金属合金制备一种装置，所述装置含有第一部分和第二部分，所述第一部分含有第一接触面，所述第二部分含有第二接 触面，其中所述第一和第二接触面互相接触；用扩散硬化法在所述装置上形成扩散硬化的金属表面，扩散硬 化步骤使用选自碳、氮、氧、硼及其任何组合的扩散硬化材料进行； 所述扩散硬化步骤根据步骤(a)或(b)进行(a) 在所述第 一和第二接触面中的 一个接触面并且仅仅是一个接 触面上进行扩散硬化，以形成扩散硬化的金属表面；(b) 在所述第 一和第二接触面的两个接触面上均通过扩散硬化 法，以形成扩散硬化的金属表面，其中所述第一接触面用至少第一 种扩散硬化材料进行扩散硬化；而所述第二接触面用至少第二种扩 散硬化材料进行扩散硬化，并且其中所述第 一种扩散硬化材料不同 于所述第二种扩散硬化材料。
25. 权利要求24的方法，其中所述形成装置的步骤包括形成医 用植入物。
26. 权利要求24或25的方法，其中所述由包含金属或金属合金 的所述第 一部分和第二部分形成装置的步骤包括由不同的金属或金 属合金形成所述第 一部分和第二部分。
27. 权利要求24或25的方法，其中所述金属或金属合金是 CoCr。
28. 权利要求24或25的方法，其中所述扩散硬化步骤包括等离 子硬化。
29. 权利要求25的方法，其中所述形成医用植入物的步骤包括 形成髋部植入物。
30. 权利要求29的方法，其中所述第一部分和第二部分之一是 髋臼元件，而所述第 一部分所述第二部分中的另 一个是股骨元件。
31. 权利要求25的方法，其中所述形成步骤包括形成膝部植入物。
32. 权利要求31的方法，其中所述第一部分和所述第二部分之 一是胫骨元件，而所述第一部分和所述第二部分中的另一个是股骨 元件。
33. 权利要求25的方法，其中所述形成医用植入物的步骤包括 形成选自肩部植入物、肘部植入物、手指植入物、推骨植入物和颞-下颌骨植入物成的医用植入物。
34. 权利要求24或25的方法，其还包括在所述第一和第二接触 面中的 一个和两个接触面上沉积陶资层的步骤。
35. 权利要求24或25的方法，其还包括在所述第一和第二接触 面中的一个和两个接触面上沉积金刚石或类金刚石碳层的步骤。
36. 权利要求24或25的方法，其中所述在第一和第二接触面的 两个接触面上均通过扩散硬化以形成扩散硬化的金属表面的步骤包括在所述第一接触面上形成渗碳扩散表面和氧化扩散表面，而在所 述第二接触面上形成渗碳扩散表面。
37. 权利要求24或25的方法，其中适用步骤(b)，且， 用于所述第一接触面的所述扩散硬化步骤用选自碳、氮、硼及其任何组合的扩散硬化材料进行；和用于所述第二接触面的所述扩散硬化步骤用选自碳、氮、氧、 硼及其任何组合的扩散硬化材料进行，经历的条件是一个所述接触面用扩散硬化材料进行扩散硬化， 而另 一个接触面不存在这种扩散硬化材料。
38. 权利要求24或25的方法，其中所述形成扩散硬化的金属表 面的扩散硬化步骤用选自碳、氮、氧及其任何组合的扩散硬化材料 进行。
全文摘要
一种装置，例如一种医用植入物，和一种制备该装置的方法，所述装置具有金属和金属合金基材(例如CoCr)、和一个扩散硬化的金属表面(例如等离子渗碳表面)，与个非-扩散硬化的表面或一个扩散硬化表面接触，所述扩散硬化表面用不同于相对表面的扩散硬化材料进行扩散硬化。
文档编号A61F2/30GK101405424SQ200780009305
公开日2009年4月8日 申请日期2007年1月18日 优先权日2006年1月18日
发明者A·塞尔希, G·亨特, H·富尔斯特, J·希, M·莫里森, S·C·贾尼, T·班德, V·帕瓦 申请人:史密夫和内修有限公司