Influence of Thin Coatings Formed by ALD Techniques on the Properties of Ti13Nb13Zr Titanium Alloy

• Autorzy: Piotrowska Katarzyna , Madej Monika

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.8985

Warianty tytułu

PL

Wpływ cienkich powłok wytwarzanych techniką ALD na właściwości stopu tytanu Ti13nb13zr

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article evaluates the properties of oxide films: Al₂O₃ and TiO₂, deposited using the ALD method on the Ti13Nb13Zr alloy. It presents the results of examining the geometrical structure of the surface, nanohardness and tribological tests. The surface’s geometrical structure was tested through optical microscopy, and nanohardness was determined using the instrumental indentation method with a Berkovich indenter. The modelling tribological tests were performed in a reciprocating motion under the conditions of technically dry friction and with lubrication using Ringer's solution. An analysis of the results of tribological tests indicates that the films were characterised by lower motion resistances and wear with respect to the Ti13Nb13Zr alloy. Hardness measurements indicate that, as a result of deposition of the films, the hardness increased by approximately 51% in the case of the Al₂O₃ film and by approximately 44% in the case of the TiO₂ coating. The produced test results constitute a source of knowledge about the Ti13Nb13Zr alloy, oxide films and the possibilities of their potential application to low-load biotribological systems.

PL

W artykule dokonano oceny właściwości warstw tlenkowych: Al₂O₃ i TiO₂ osadzonych metodą ALD na stopie Ti13Nb13Zr. Przedstawiono wyniki badań struktury geometrycznej powierzchni, nanotwardości oraz testów tribologicznych. Strukturę geometryczną powierzchni zbadano przy użyciu mikroskopii optycznej, a nanotwardość określono metodą instrumentalnej indentacji przy użyciu wgłębnika Berkovich’a. Modelowe badania tribologiczne przeprowadzono w ruchu posuwisto-zwrotnym w warunkach tarcia technicznie suchego oraz ze smarowaniem płynem Ringera. Analiza wyników badań tribologicznych wskazała, że powłoki charakteryzowały się mniejszymi oporami ruchu oraz zużyciem w odniesieniu do stopu Ti13Nb13Zr. Pomiary twardości wskazują, że w wyniku osadzenia powłok twardość wzrosła o około 51% w przypadku powłoki Al₂O₃ oraz o około 44% w przypadku powłoki TiO₂. Uzyskane wyniki badań stanowią źródło wiedzy na temat stopu Ti13Nb13Zr, powłok tlenkowych oraz możliwości ich potencjalnego zastosowania w niskoobciążonych systemach biotribologicznych.

Słowa kluczowe

EN

ALD technique; Atomic Layer Deposition; friction; hardness; surface texture; titanium alloys; wear

PL

technika osadzania warstw atomowych; ALD; stopy tytanu; struktura geometryczna powierzchni; tarcie; twardość; zużycie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 1
• Strony: 65--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr., 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. Dąbrowski R.: The microstructure and properties of Ti13Nb13Zr alloy for biomedical applications, Mechanika w Medycynie, 2014, pp. 52–62.
• 2. Piotrowska K., Granek A., Madej M.: Assessment of Mechanical and Tribological Properties of Diamond-Like Carbon Coatings on the Ti13Nb13Zr Alloy, Open Engineering 2020, 10, pp. 536–545.
• 3. Gałuszka G., Madej M., Ozimina D., Kasińska J., Gałuszka R.: The characterisation of pure titanium for biomedical applications, Metalurgija 2017, 56 (1–2), pp. 191–194.
• 4. Basiaga M., Walke W., Kajzer A., Kajzer W., Staszuk M., Kurtyka P.: Adhesion of SiO2 deposited by means of SOL-GEL and ALD methods on 316LVM steel, Engineering of biomaterials 2017, 141,pp. 13–19.
• 5. Sęp J., Gałda L., Pawlus P., Koszela W.: Wybrane technologiczne metody zwiększania odporności na zużycie tribologiczne, Tribologia 2008, 4, pp. 59–68.
• 6. Kalbarczyk M., Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M.: Tribological and nano-scale research on model friction couples intended for hip joint prostheses, Tribology – Materials Surfaces &Interfaces 2009, 3(4), pp. 189–195.
• 7. Dias V.M., Chiappim W., Fraga M.A., Maciel H.S., Marciano F.R., Pessoa R.S.: Atomic Layer Deposition of TiO2 and Al2O3 Thin Films for the Electrochemical Study of Corrosion Protection in Aluminum Alloy Cans Used in Beverage, Materials Research Express 2020, 7, pp. 1–13.
• 8. Im H., Wittenberg N.J., Lindquist N.C., Oh S.H.: Atomic Layer Deposition (ALD):A Versatile Technique for Plasmonics and Nanobiotechnology, J Mater Res 2012, 27, pp. 663–671.
• 9. Basiaga M., Walke W., Nakonieczny D., Hyla A.: Physiochemical properties of TiO2 nanoparticle thin films deposited on stainless steel, Metalurgija 2017, 56 (1–2), pp. 171–174.
• 10. Johnson R. W., Hultqvist A., Bent S. F.: A Brief Review of Atomic Layer Deposition: From Fundamentals to Applications, Materials Today 2014, 17, pp. 236–246.
• 11. Boryło P., Łukaszewicz K., Szindler M., Kubacki J., Balin K., Basiaga M.,Szewczenko J.: Structure and properties of Al2O3 thin films deposited by ALD process, Vacuum 2016,131, pp. 319–326.
• 12. Piotrowska K., Madej M., Influence of TiO2 coating deposited with the ALD technique on the properties of Ti13Nb13Zr titanium alloy, Metalurgija 2022, 61 (3–4), pp. 665–668.
• 13. Radi P.A., Testoni G. E., Pessoa R. S., Maciel H. S., Rocha L. A., Vieira L., Tribocorrosion behavior of TiO2/Al2O3 nanolaminate, Al2O3, and TiO2 thin films produced by atomic layer deposition, Surface &Coatings Technology 2018, 349, pp. 1077–1082.
• 14. Bilo F., Borgese L., Prost J., Rauwolf M., Turyanskaya A., Wobrauschek P., Kregsamer P., Streli C.,Pazzaglia U., Depero L.E.: Atomic layer deposition to prevent metal transfer from implants: an X-Ray Fluorescence study, Applied Surface Science 2015, vol. 202, pp. 36–42.
• 15. Zhong Q., Yan J., Qian X., Zhang T., Zhang Z., Li A.: Atomic layer deposition enhanced grafting of phosphorylcholine on stainless steel for intravascular stents, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2014, vol. 121, pp. 238–247.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).