Ocena zużycia ściernego stopu Ti13Nb13Zr implantowanego jonami azotu, przeznaczonego na elementy trące w endoprotezach ortopedycznych

• Autorzy: Zasińska K. , Piątkowska A.

Warianty tytułu

EN

The evaluation of the abrasive wear of the Ti13Nb13Zr alloy implanted by nitrogen ions for friction components of the hip joint endoprostheses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z uwagi na potrzeby społeczne, a zwłaszcza rosnące zapotrzebowanie na endoprotezy stawów biodrowego i kolanowego oraz uwzględniając fakt, że procesy tribologiczne odgrywają wiodącą rolę w procesie utraty stabilności endoprotez ortopedycznych i decydują o ich trwałości, uznano za celowe przeprowadzenie oceny wpływu implantacji jonowej na zużycie ścierne biostopu Ti13Nb13Zr. Do badań wykorzystano pary trące: nieimplantowany stop Ti13Nb13Zr/PEUHMW oraz implantowany jonami N+ stop Ti13Nb13Zr/PE-UHMW. Autorzy zastosowali implantację jonów N+ do stopu Ti13Nb13Zr w celu poprawy jego własności tribologicznych. Testy tribologiczne badanej pary trącej przeprowadzono z wykorzystaniem tribometru PT-3. W artykule przedstawiono wyniki badań chropowatości i falistości powierzchni badanych biomateriałów oraz ich obserwacje z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego (LM). Określono również wpływ implantacji jonowej badanego stopu Ti na intensywność jego zużycia pod kątem jego praktycznego zastosowania na pary trące w endoprotezie stawu biodrowego. Analiza wyników wskazała, że przy zadanych parametrach procesu implantacji jonowej implantowane próbki zużywają się znacznie wolniej niż próbki nieimplantowane.

EN

Due to social needs, and especially the growing demand for the hip and knee prostheses and taking into account the fact that the tribological processes play a leading role in the loss of the stability of orthopaedic prostheses and determines their durability, it was considered to be important to assess the impact of the ion implantation on the abrasive wear of Ti13Nb13Zr bio-alloy. For the study, the following friction pairs were used: not implanted Ti13Nb13Zr alloy/PE-UHMW, and Ti13Nb13Zr alloy/PE-UHMW implanted with N+ ions. For the tribological tests, a Ti13Nb13Zr alloy was selected for several reasons: It contains no potentially toxic elements; it has a Young's modulus that is similar to the modulus of bone, with good mechanical properties and a medical certificate for use. The preliminary tribological tests of the Ti alloy carried out earlier by the authors revealed its low resistance to abrasive wear. Therefore, the authors applied the ion implantation of N+ ions to Ti13Nb13Zr alloy in order to improve its tribological properties. The tribological tests of the friction pairs were carried out by means of a PT-3 tribometer. In the article, the tests results of the roughness and waviness and the observations of friction surfaces of the tested biomaterials carried out by means of the light microscope (LM) were presented. The impact of the ion implantation of the investigated Ti alloy on its wear intensity in the aspect of its practical use on friction pairs in the hip replacement was also determined. The result analysis indicated that, for the assumed parameters of the ion implantation process, the implanted samples wear out much more slowly than the non-implanted samples.

Słowa kluczowe

PL

implantacja jonowa; stop tytanu; zużycie ścierne; azot; staw biodrowy; biomateriały

EN

ion implantation; titanium alloy; abrasive wear; nitrogen; hip joint; biomaterials

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 6
• Strony: 175--186
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zasińska K.

• Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Polska

autor

Piątkowska A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Zakład Badań Mikrostrukturalnych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa, Polska

Bibliografia

• 1. Chassaing G., Faure L., Philippon S., Coulibaly M., Tidu A., Chevrier P., Meriaux J.: Adhesive wear of a Ti6Al4V tribopair for a fast friction contact. Wear, Vol. 320, s. 25–33.
• 2. Chia-Wei Lin, Chien-Ping Ju, Jiin-Huey Chern Lin: A comparison of the fatigue behavior of cast Ti-7.5Mo with c.p. titanium, Ti-6Al-4V and Ti-13Nb-13Zr alloys. Biomaterials, Vol. 26, Issue 16, June 2005, s. 2899–2907.
• 3. Gierzyńska-Dolna M., Lijewski M.: Tests of tribological properties of biomaterials and implants. Obróbka Plastyczna Metali Vol. XXIII Nr 3, 2012, s. 183–196.
• 4. Łaskawiec J., Michalik R.: Theoretical and application issues in implants, Publishing House of Silesian University of Technology, Gliwice, 2002.
• 5. Łubiński J.I., Druet K., Grymek S.: Modes of friction induced vibrations during sliding friction as a manifestation of the dynamical properties of a tribometer. Tribologia, Vol. 4, 2003, s. 299–315.
• 6. Rybak T., Gierzyńska-Dolna M., Sulej-Chojnacka J., Wiśniewski T.: New materials for knee endoprosthesis pads. Tribologia, Vol. 5, s. 223–233.
• 7. Szarek A.: Assessment of wear of metal heads in hip joint prosthesis removed from human bodu due to aseptic loosening. Engineering of Biomaterials, Vol. 74, 2008, s. 11–16.
• 8. Xuanyong Liua, Paul K. Chub, Chuanxian Dinga: Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications. Materials Science and Engineering, Vol. 47, Issues 3–4, 2004, s. 49–121.
• 9. Zasińska K., Seramak T., Łubiński J.: The determination of abrasion resistance of selected biomaterials for the friction pairs in the hip joint endoprosthesis. Advances in Materials Science, Vol. 14, Number 3, 2014.