Measurements of nanohardness and elasticity modulus of titanium after magnetoelectropolishing

• Autorzy: Hryniewicz T. , Rokosz K. , Valicek J. , Rokicki R. , Harnicarova M. , Vylezik M.

Warianty tytułu

PL

Pomiary nanotwardości i modułu sprężystości tytanu po magnetoelektropolerowaniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Nanohardness is one of the main mechanical properties of the studied metal surface after electropolishing operations. The nanoindentation measurements were performed on CP-titanium biomaterial after its treatment under a standard electropolishing (EP) and magnetoelectro-polishing (MEP) conditions, with abrasive polishing (MP) performed on the samples for reference. In the studies, both the Young’s modulus of elasticity and nanohardness were investigated. It was found that the mechanical properties of titanium biomaterial indicated an evident dependence on the type and conditions of surface treatment. After magnetoelectropolishing (MEP) operation a considerable change in mechanical properties of the same Ti biomaterial was observed. One may state that the mechanical properties obtained on the titanium samples both after abrasive polishing (MP) and after a standard electropolishing (EP) are very different from those gained on the magnetoelectropolished titanium sample.

PL

Nanotwardość jest jedną z ważniejszych cech mechanicznych powierzchni metali po obróbce elektropolerowaniem. W tradycyjnych badaniach twardości materiału, diamentowa końcówka wgłębnika służy badaniu twardości i modułu sprężystości. Pod obciążeniem wgłębnika następują odkształcenia sprężyste i plastyczne. Dobór wielkości obciążenia uzależniony jest od celu badania – samego materiału, czy też warstewek pasywnych powstałych na powierzchni metalu po określonej obróbce wykończającej. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów metodą nanoindentacji próbek tytanu o czystości komercyjnej po polerowaniu elektrolitycznym w warunkach standardowych (EP), i magnetoelektro-polerowaniu (MEP), oraz po polerowaniu ściernym (MP) próbek, które posłużyły jako odniesienie. Badano moduł sprężystości Younga oraz nanotwardość materiału. Wyniki badań pokazują, że własności mechaniczne tytanu zależą od rodzaju i warunków obróbki wykończającej. Po magnetoelektropolerowaniu (MEP) wyniki nanoindentacji różnią się zasadniczo od analogicznych wyników uzyskanych po standardowym elektropolerowaniu (EP) i po polerowaniu ściernym (MP). Taka zmiana zasadniczo wpływa na poprawę odporności na przeginanie, zginanie i skręcanie biomateriału.

Słowa kluczowe

EN

nanoindentation; titanium biomaterials; nanohardness; Young's modulus; magnetoelectropolishing (MEP)

PL

nanoindentacja; tytan; magnetoelektropolerowanie (MEP); nanotwardość; moduł Younga

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 7
• Strony: 676--679
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., tab., wzory

Twórcy

autor

Hryniewicz T.

• Politechnika Koszalińska, Division of Surface Electrochemistry

autor

Rokosz K.

• Politechnika Koszalińska, Division of Surface Electrochemistry

autor

Valicek J.

• Institute of Physics, VSB-TU Ostrava, Czech Republic

autor

Rokicki R.

• Electrobright, Macungie PA, USA

autor

Harnicarova M.

• Center of Nanotechnology, VSB-TU Ostrava, Czech Republic

autor

Vylezik M.

• Lab of Gene Integrity and Material Design, VSB-TU Ostrava, Czech Republic

Bibliografia

• [1] Niinomi M.: Chapter 12: Low Modulus Titanium Alloys for Inhibiting Bone Atrophy, in Biomaterials Science and Engineering/ Book 2, InTech, ISBN 978-953-308-118-2, pp. 249-268, 2011, website: http://www.intechweb.org/
• [2] Wirsching K., Lehle K., Jacob P., Gleich O., Strutz J., Kwik P.: Influence of Surface Processing on the Biocompatibility of Titanium. Materials, vol. 4, pp. 1238-1248, 2011, DOI: 10.3390/ma4071238
• [3] Hryniewicz T., Rokicki R., Rokosz K.: Magnetoelectropolishing for metal surface modification. Trans. Inst. Met. Finish., vol. 85 (6), pp. 325-332, 2007.
• [4] Hryniewicz T., Rokosz K., Valiček J., Rokicki R.: Effect of magnetoelectropolishing on nanohardness and Young’s modulus of titanium biomaterial. Materials Letters, vol. 83, pp. 69-72, 2012.
• [5] Hryniewicz T., Rokosz K.: On the wear inspection and endurance recovery of Nitinol endodontic files. PAK (Measurement Automation and Monitoring), vol. 55(4), pp. 247-250, 2009.
• [6] Rokosz K., Hryniewicz T., Valíček J., Harničárová M., Vyležík M.: Nanoindentation measurements of AISI 316L biomaterial samples after annual immersion in Ringer’s solution followed by electrochemical polishing in a magnetic field. PAK (Measurement Automation and Monitoring), vol. 58 (5), pp. 460-463, 2012.
• [7] Pluta Z., Hryniewicz T.: Quantitative Determination of Material Hardness. Journal of Quantum Information Science (JQIS), vol. 1(3), pp. 127-134, 2011, DOI:10.4236/jqis.2011.13018
• [8] Shuman D.: Computerized Image Analysis Software for Measuring Indents by AFM, Microscopy-Analysis, P 21, (May 2005) Fischer-Cripps, A.C. Nanoindentation. Springer, New York, 2004.
• [9] Oliver W. C., Pharr G. M.: Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. J. Mater. Res., vol. 19, p. 3, 2004 (review article)
• [10] Technical documentation of HYSITRONTM www.hysitron.com
• [11] Rokicki R., US Patent 7632390, 2009.
• [12] Praisarnti C., Chang J. W. W., Cheung G. S. P.: Electropolishing enhances the resistance of nickel-titanium rotary files to corrosion-fatigue failure in hypochlorite, J. Endodontics, vol. 36 (8), pp. 1354-1357, 2010.