Plasma oxidized Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications

• Autorzy: Pązik B. , Grabarczyk J. , Batory D. , Kaczorowski W. , Burnat B. , Czerniak-Reczulska M. , Makówka M. , Niedzielski P.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Titanium and its alloys are one of the most popular metallic materials used in medicine for many years. Their favorable mechanical properties, high corrosion resistance and good biotolerance in an environment of tissues and body fluids, cause that they are widely used as construction material of orthopaedic dental and neurological implants. Their disadvantages are poor tribological properties manifested by high coefficient of friction, scuffing and tendency to formation of adhesive couplings. In many research centers the works on improving the unfavorable tribological properties of titanium alloys are conducted. They rely on the use of modern methods of surface treatment including the thermo-chemical methods (nitriding, carburizing, oxidation) and the synthesis of thin films using PVD and CVD methods. In the presented work the glow discharge oxidation was applied to improve the surface properties of two-phase Ti6Al4V and Ti6Al7Nb titanium alloys. The results include a description of the obtained structure of the surface layer, surface topography, micro-hardness, wear ratio and corrosion resistance. The obtained results indicate changes in the surface layer of the material. The surface hardness was more than doubled and the depth of increased hardness region was up to 85 microns. This, in turn, several times decreased the wear rate of the modified materials while reducing the wear rate of the countersample. At the same time the carried out thermo-chemical treatment did not cause any structural changes in the core material. The oxidation process preferably influenced the corrosion properties of titanium alloys. Both, significant increase in the corrosion potential (approx. 0.36 V), as well as increased polarization resistance were observed. The modified surfaces also retained a high resistance to pitting corrosion.

Słowa kluczowe

EN

titanium alloys; plasma oxidizing; tribology; wear; corrosion

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 19, no. 135
• Strony: 8--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pązik B.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Grabarczyk J.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Batory D.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Kaczorowski W.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Burnat B.

• Department of Inorganic and Analytical Chemistry, University of Lodz, 12 Tamka St., Lodz, Poland

autor

Czerniak-Reczulska M.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Makówka M.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

autor

Niedzielski P.

• Institute of Materials Science and Engineering, Lodz University of Technology, 1/15 Stefanowskiego St. 90-924 Lodz, Poland

Bibliografia

• [1] Gierzyńska-Dolna M., Lijewski M.: Zastosowanie tytanu i jego stopów w implantologii i inżynierii biomedycznej. Inżynieria Materiałowa 4 (2012) 315-318.
• [2] Adamus J.: Perspektywy zastosowania tytanu w nowoczesnych konstrukcjach budowlanych. Inżynieria Materiałowa 4 (2012) 319-323.
• [3] Adamus J.: Tytan i jego stopy jako materiał stosowany na elementy tłoczne. Inżynieria Materiałowa 5 (2009) 310-313.
• [4] Adamus J.: Gierzyńska-Dolna M.: Tytan współczesnym materiałem stosowanym na implanty. Inżynieria Materiałowa 3 (2012) 189-192.
• [5] Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo opisowe, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2013.
• [6] Michnik J.: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1992.
• [7] Jedynak B., Mierzwińska-Nastalska E.: Tytan – właściwości i zastosowanie w protetyce stomatologicznej. Dental Forum 1 (2013) 75-78.
• [8] Bylica A., Sieniawski J.: Tytan i jego stopy, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1985.
• [9] Michalik R.: Wpływ obróbki cieplnej na odporność korozyjną stopów na implanty długotrwałe. Inżynieria Materiałowa 3 (2005) 135-138.
• [10] Kubiak K., Sieniawski J.: Podstawy obróbki cieplnej dwufazowych stopów tytanu. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Seria Mechanika z. 58, 250 (1999) 83-91.
• [11] Gierzyńska-Dolna M., Sobociński M.: Wpływ obróbki powierzchniowej na własności tribologiczne stopów tytanu. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Seria Mechanika z. 58, 250 (1999) 21-26.
• [12] Hepner M.: Metody modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu i jego stopów w aspekcie własności tribologicznych. Zeszyty Naukowe Politechniki Opolskiej, Seria Mechanika z. 88, 318 (2006) 273-276.
• [13] Bloyce A., Qi P.-Y., Dong H., Bell T.: Surface modification of titanium alloys for combined improvements in corrosion and wear resistance. Surface and Coatings Technology 107 (1998) 125-132.
• [14] Aniołek K., Kupka M., Barylski A.: Sliding wear resistance of oxide layers formed on a titanium surface during thermal oxidation. Wear 356-357 (2016) 23-29.
• [15] Zhecheva A., Sha W., Malinov S., Long A.: Enhancing the microstructure and properties of titanium alloys through nitriding and other surface engineering methods. Surface & Coatings Technology 200 (2005) 2192-2207.
• [16] Lubas M., Podsiad P., Jasiński J., Jasiński J., Sitarz M.: Właściwości tribologiczne tytanu po procesie utleniania w złożu fluidalnym. Inżynieria Materiałowa 5 (2014) 393-396.
• [17] Rylski A., Mendzik K., Jasiński J.: Badania powłoki tlenkowej powstającej na tytanie po utlenianiu w złożu fluidalnym. Inżynieria Materiałowa 5 (2006) 1197-1199.
• [18] Januszewicz B., Wendler B., Liśkiewicz T., Kaczmarek Ł.: Struktura i twardość stopu tytanu Ti6Al4V po obróbce utwardzającej utlenianiem. Inżynieria Materiałowa 5 (2005) 454-456.
• [19] Wang S., Liao Z., Liu Y., Liu W.: Influence of thermal oxidation temperature on the microstructural and tribological behavior of Ti6Al4V alloy. Surface & Coatings Technology 240 (2014) 470-477.
• [20] Lieblicha M., Barriusoa S., Multignera M., Gonzalez-Doncela G., Gonzalez-Carrasco J.L.: Thermal oxidation of medical Ti6Al4V blasted with ceramic particles: Effects on the microstructure, residual stresses and mechanical properties, Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materials 54 (2016) 173-184.
• [21] Luo Y., Chen W., Tian M., Teng S.: Thermal oxidation of Ti6Al4V alloy and its biotribological properties under serum lubrication. Tribology International 89 (2015) 67-71.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.