Tribological properties of silver doped titanium nitride coatings

• Autorzy: Piotrowska Katarzyna , Madej Monika

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9435

Warianty tytułu

PL

Właściwości tribologiczne powłok azotku tytanu domieszkowanych srebrem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The properties of titanium nitride (TiN:Ag) coatings applied by physical vapour phase deposition technique (PVD) on Ti13Nb13Zr alloy were subject to evaluation. The study presents the results of surface geometrical structure, adhesion and tribological tests. The geometric structure of the surface was examined using optical microscopy. A scratch test was used to assess adhesion. The model tribological tests were carried out in a rotary motion under technically dry friction conditions, lubricated with Ringer’s solution. In the case of technically dry friction, the analysis of the tribological test results indicated that the TiN:Ag coating was characterised by higher resistance to motion and lower wear compared to Ti13Nb13Zr. Friction coefficients registered during friction subject to lubrication with Ringer’s solution were compared for both materials; however, the surface wear was significantly lower in titanium alloy. The scratch test pointed towards high adhesion of the TiN:Ag coating. The study results provide insight into Ti13Nb13Zr alloy, titanium nitride coatings and their potential use for surgical instruments.

PL

Ocenie poddano właściwości powłok azotku tytanu (TiN:Ag) naniesionych metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD na stopie Ti13Nb13Zr. Przedstawiono wyniki badań struktury geometrycznej powierzchni, adhezji oraz testów tribologicznych. Strukturę geometryczną powierzchni zbadano przy użyciu mikroskopii optycznej. Do oceny adhezji wykorzystano test zarysowania, tzw. scratch test. Modelowe badania tribologiczne przeprowadzono w ruchu obrotowym w warunkach tarcia technicznie suchego oraz ze smarowaniem płynem Ringera. Analiza wyników badań tribologicznych wskazała, że w przypadku tarcia technicznie suchego powłoka charakteryzowała się jedocześnie większymi oporami ruchu i mniejszym zużyciem w porównaniu z Ti13Nb13Zr. Współczynniki tarcia zarejestrowane podczas tarcia ze smarowaniem roztworem Ringera były porównywane dla obu materiałów, z kolei zużycie powłoki było dużo mniejsze w odniesieniu do stopu tytanu. Test zarysowania wskazał na wysoką adhezję powłoki TiN:Ag. Uzyskane wyniki badań stanowią źródło wiedzy na temat stopu Ti13Nb13Zr, powłok azotku tytanu oraz możliwości ich potencjalnego zastosowania na narzędzia chirurgiczne.

Słowa kluczowe

EN

PVD technique; titanium alloys; surface texture; friction; wear; adhesion

PL

PVD; stopy tytanu; struktura geometryczna powierzchni; tarcie; zużycie; adhezja

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 43--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Piotrowska Katarzyna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6366-2755

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Tysiąclecia Państwa Polskiego 7 Ave., 25-314 Kielce, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9892-9181

Bibliografia

• 1. Chrobak A., Łagan S.: Analiza wybranych właściwości materiałów stosowanych na instrumentarium chirurgiczne, Aktualne problemy biomechaniki 2020, 19, pp. 5–11.
• 2. Eliaz N.: Corrosion of Metallic Biomaterials: A Review, Materials 2019, 12(3), p. 407.
• 3. Paszenda Z., Tyrlik-Held J.: Instrumentarium chirurgiczne. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, pp. 9–11.
• 4. Basiaga M., Paszenda Z.: Zastosowanie MES w analizie układu wiertło chirurgiczne – kość udowa, Aktualne problemy biomechaniki 2010, 4, pp. 17–22.
• 5. Marciniak J., Paszenda Z., Basiaga M., Smolik J.: Influence of carbon coatings on functional properties of surgical instruments, Engineering of Biomaterials 2007, 65–66, pp. 10–12.
• 6. Marciniak M.: Biomateriały, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002.
• 7. Piotrowska K., Madej M., Ozimina D.: Assessment of the Functional Properties of 316L Steel Alloy Subjected to Ion Implantation Used in Biotribological Systems, Materials 2021, 14 (19).
• 8. Anderson C.G., Mikaberidze M., Gordeziani G., Gozalishvili E., Akhvlediani L., Dali R.: Corrosion Resistant Titanium Alloys for Medical Tools and Implants, Powder Metallurgy & Mining, 2013, 2 (2).
• 9. Więckowski W., Motyka M., Adamus J., Lacki P., Dyner M.: Numerical and Experimental Analysis of Titanium Sheet Forming for Medical Instrument Parts, Materials 2022, 15(5).
• 10. Piotrowska K., Madej M., Granek A.: Assessment of Mechanical and Tribological Properties of Diamond-Like Carbon Coatings on the Ti13Nb13Zr Alloy, Open Engineering 2020, 10, pp. 536–545.
• 11. Biel-Gołaska M.: Application of diamond layers and diamond-like coatings on medical tools and implants, Pr. Inst. Odlew. 2008, t. XLVIII, nr 2.
• 12. ASTM F1713-03 – standard specification for wrought Titanium-13Niobium-13Zirconium alloy for surgical implant applications.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).