Abrasion Resistance Test of the Modified Ti13Nb13Zr Alloy Surface

• Autorzy: Lisoń-Kubica Julia , Taratuta Anna , Antonowicz Magdalena , Basiaga Marcin

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.6124

Warianty tytułu

PL

Badanie odporności na ścieranie zmodyfikowanej powierzchni stopu Ti13Nb13Zr

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research describes an atomic layer deposition (ALD) coating method and its application on a new generation of titanium alloy (Ti13Nb13Zr) for biomedical applications. The study aimed to assess the physicochemical properties and mechanics of a titanium alloy coated with titanium oxide (TiO₂) or aluminium oxide (Al₂O₃) using the ALD method. The physicochemical properties of the surface coatings were evaluated through microscopic observations, potentiodynamic tests, surface wettability tests, optical profilometry scratch tests, and abrasion tests. Based on the data obtained, different physicochemical properties of the alloy with titanium nitride and titanium oxide coatings were found. Such differences were dependent on the number of cycles used and the temperature of the manufacturing process. The coatings have reduced the abrasion coefficient, thus improving the abrasion resistance of the Ti13Nb13Zr alloy, which enables their use within the skeletal system. These findings are of practical importance for applying this type of surface modification to various types of miniaturised implants used in the skeletal system.

PL

Badania polegają na opisaniu metody osadzania powłok atomowych i możliwości jej zastosowania na stopie tytanu nowej generacji do zastosowań biomedycznych. Celem pracy jest ocena wpływu właściwości fizyko chemicznych i mechanicznych zmodyfikowanego stopu Ti13Nb13Zr powłoką tlenku tytanu (TiO₂) oraz tlenku glinu (Al₂O₃) przy użyciu metody ALD. W ramach oceny własności fizykochemicznych tak powstałych powłok powierzchniowych przeprowadzono obserwacje mikroskopowe (SEM), badania potencjodynamiczne, badania zwilżalności powierzchni, profilometrię optyczną, scratch test oraz badania ścieralności powłok. Na podstawie uzyskanych danych stwierdzono zróżnicowane własności fizykochemiczne stopu z powłokami tlenku glinu oraz tlenku tytanu w zależności od zastosowanej ilości cykli oraz temperatury procesu wytwarzania. Powłoki mają obniżony współczynnik ścieralności, poprawiając tym samym odporność na ścieranie stopu Ti13Nb13Zr, co umożliwia ich zastosowanie w układzie kostnym. Uzyskana na tej podstawie wiedza ma znaczenie praktyczne dla zastosowania tego typu modyfikacji powierzchni dla różnych rodzajów zminiaturyzowanych implantów znajdujących swoje zastosowanie w układzie kostnym.

Słowa kluczowe

EN

titanium alloys; ALD method; Atomic Layer Deposition; surface modification; bone system; antibacterial coatings

PL

stopy tytanu; ALD; modyfikacja powierzchni; układ kostny; powłoki antybakteryjne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 2
• Strony: 55--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Lisoń-Kubica Julia

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Devices Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland.

• https://orcid.org/0000-0002-0821-1756

autor

Taratuta Anna

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Devices Engineering Roosevelta 40 Street,41-800 Zabrze, Poland.

• https://orcid.org/0000-0002-5775-1388

autor

Antonowicz Magdalena

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Devices Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland.

• https://orcid.org/0000-0001-5755-490X

autor

Basiaga Marcin

• The Silesian University of Technology, Faculty of Biomedical Engineering, Department of Biomaterials and Medical Devices Engineering, Roosevelta 40 Street, 41-800 Zabrze, Poland.

• https://orcid.org/0000-0001-5978-3861

Bibliografia

• 1. Lisoń J., Taratuta A., Paszenda Z., Szindler M., Basiaga M.: Perspectives in Prevention of Biofilm for Medical Applications, Coatings, t. 12, 2022, pp. 1–16.
• 2. Bartoszewicz M., Rygiel A.: Biofilm as the basic mechanism of surgical site infection – Prevention methods in local treatment, Pol. Surg., t. 8, 2006, pp. 171–178.
• 3. Reśliński A., Dabrowiecki S.: Evaluation of the effect of glucose on Staphylococcus aureus and Escherichia coli bio-film formation on the surface of polypropylene mesh, Med. Dosw. Mikrobiol.,t. 65, 2013, pp. 19–26.
• 4. Golvano I., Garcia I., Conde A., Tato W., Aginagalde A.: Influence of fluoride content and pH on corrosion and tribocorrosion behaviour of Ti13Nb13Zr alloy in oral environment, J Mech Behav Biomed Mater, t. 49, 2015, pp. 186–96.
• 5. Lisoń J., Taratuta A., Paszenda Z., Dyner M., Basiaga M.: A study on the physicochemical properties of surface modified Ti13Nb13Zr alloy for skeletal implants, Acta of Bioengineering and Biomechanics, t. 24(1), 2022.
• 6. Eisenbarth E., Velten D., Müller M., Thull R., Breme J.: Biocompatibility of β-stabilizing elements of titanium alloys, Biomaterials, t. 25(26), 2004, pp. 5705–5713.
• 7. Bansal P., Singh G., Sidhu H.S.: Improvement of surface properties and corrosion resistance of Ti13Nb13Zr titanium alloy by plasma-sprayed HA/ZnO coatings for biomedical applications, Materials Chemistry and Physics, t. 257, 2021, p. 123738.
• 8. Madej M., Piotrowska K., Ozimina D.: Properties of diamond-like carbon coatings on the titanium alloy Ti13Nb13Zr, Tribologia, t. 288(6), 2019, pp. 39–46.
• 9. Zhang X., Zhang Y., Jin Z.: A review of the bio-tribology of medical devices, Friction, t. 10, 2022, pp. 4–30.
• 10. Zasińska K., Piątkowska A.: Ocena zużycia ściernego stopu Ti13Nb13Zr implantowanego jonami azotu przeznaczonego na elementy trące w endoprotezach ortopedycznych, Tribologia, t. 6, 2015, pp. 175–186.
• 11. Willis S.A., McGuinness E.K., Li Y., Losego M.D.: Langmuir, Re-examination of the Aqueous Stability of Atomic Coating Deposited (ALD) Amorphous Alumina (Al2O3) Thin Films and the Use of a Postdeposition Air Plasma Anneal to Enhance Stability, t. 37 (49), 2021, pp. 14509–14519.
• 12. Boryło P., Szindler M., Szindler M., Lukaszkowicz K.: Aparatura, Badania, Metody badawcze cienkich warstw wytworzonych metodą osadzania warstw atomowych, LAB Laboratoria, t. 24, 2019.
• 13. Basiaga M., Staszuk M., Walke W., Opilski Z.: Mechanical properties of atomic coating deposition (ALD) TiO2 coatings on stainless steel substrates, Mat.-wiss. u. Werkstofftech, t. 47, 2016, pp. 512–520.
• 14. Hussein M.A., Kumar A.M., Ankah N., Abdul Azeem M.: Ceramics International, Thermal treatment effect on the surface and in vitro corrosion characteristics of arc deposited TiN coating on Ti alloy for orthopedic applications, t. 47(16), 2021, pp. 23203–23213.
• 15. Basiaga M., Kajzer W., Walke W., Kajzer A., Kaczmarek M.: Evaluation of physicochemical properties of surface modified Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys used for orthopedic implants, Materials Science and Engineering: C, t. 68, 2016, pp. 851–860.
• 16. Zivic F., Babic M., Adamovic D., Mitrovic S.: Influence of the surface roughness on adhesion of chrome coatings on alloy tool steel x165crmov12 Software development for coupled multiphysical problems, TR32036 View project SMART ECO system for automatic contact less washing of vehicles-SMART WASHING SYSTEMS, Journal of the Balkan Tribological Association, 2012.