Magnetron sputtering methods for surface modification of shape memory alloys for applications in orthodontics and endodontics

Abstract

Various magnetron-sputtering methods for surface modification of shape memory alloys (SMA) are described in this paper. These methods belong to the most effective methods, which enable mechanical reinforcing of the SMA, showing numerous advantages over conventional methods of electro-polishing. In addition, surface modified SMA, particularly with equiatomic TiNi coatings, is crucial for further development of various endodontic instruments; wires and brackets used for orthodontic teeth movements. Active coatings with bactericide properties and coatings that can be used as barrier for release of toxic Ni ions from the bulk body of SMA obtained by various magnetron-sputtering methods can be successfully combined. Therefore, the review of these methods is given in this paper, with their main characteristics and drawbacks. Magnetron sputtering deposition involves surface modification of SMA in a single-layer, multilayer, graded layers, and nanocomposite thin coatings for obtaining systems with superior "functional" characteristics. These are hardness, scratch, abrasion, and erosion resistance, improved adhesion to various technologically important substrate materials such as polymers, hydrophobicity or hydrophilicity, long-term chemical, thermal, and environmental stability, gas and vapor impermeability, and others. This paper is critical review of the advances in the development of magnetron sputtering modified SMA products in dentistry, with in advance predictable physicochemical, structural and antimicrobial properties.

U ovom radu su opisane različite metode magnetronskog raspršivanja za površinsku modifikaciju memorijskih legura (shape memory alloys - SMA). Ove metode spadaju u najefikasnije metode koje omogućavaju mehaničko ojačavanje SMA, pokazujući brojne prednosti u odnosu na konvencionalne metode elektropoliranja, koje su najčešće korišćene u savremenoj ortodontskoj i endodontskoj praksi. Pored toga, površinski modifikovane SMA, posebno sa ekviatomskim Ti i Ni udelima unutar prevlake, presudne su za dalji razvoj različitih endodontskih instrumenata, žica i konzola koje se koriste za ortodontska pomeranja zuba. Aktivne prevlake sa baktericidnim svojstvima i prevlake koje služe kao barijere protiv otpuštanja toksičnih Ni jona iz SMA unutar organizma mogu biti dobijene različitim metodama magnetronskog raspršivanja, pri čemu se različite varijante ove metode mogu uspešno kombinovati. Zbog svega toga u ovom radu je dat pregled ovih metoda, sa njihovim glavnim karakteristikama i nedostacima. Magnetronsko nanošenje raspršivanjem uključuje površinsku modifikaciju SMA u jednoslojnim, višeslojnim, gradiranim slojevima i nanokompozitne tanke prevlake za dobijanje sistema sa superiornim "funkcionalnim" karakteristikama, kao što su vrlo visoka tvrdoća, otpornost na habanje, abraziju i eroziju, poboljšano prijanjanje na različite tehnološki važne supstratne materijale kao što su polimeri, hidrofobnost ili hidrofilnost, dugotrajna hemijska, termička i ekološka stabilnost, nepropusnost gasa i para i drugi. Ovaj rad predstavlja neku vrstu kritičkog pregleda napretka u razvoju magnetronskog raspršivanja modifikovanih SMA proizvoda u stomatologiji, sa unapred predvidljivim fizičko-hemijskim, strukturnim i antimikrobnim osobinama.