Odporność korozyjna nowych, biozgodnych materiałów kompozytowych do zastosowań biomedycznych otrzymanych metodą iskrowego spiekania plazmowego

• Autorzy: Lijewski M. , Magda J.

Warianty tytułu

EN

Corrosion resistance of new biocompatible composite materials for biomedical applications, obtained by spark plasma sintering

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Inżynieria biomateriałów oraz technologie związane z medycyną należą do jednej z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin naukowych w ostatnich latach. Tytan i jego stopy wraz ze stopami na osnowie żelaza, kobaltu oraz stopami z pamięcią kształtu tworzą grupę biomateriałów metalicznych. Tytan i jego stopy w porównaniu z innymi materiałami metalicznymi charakteryzuje się dobrą biozgodnością, niskim w porównaniu z innymi biomateriałami metalicznymi, ale porównując do metali w ogóle do np. aluminium ma niższy moduł Younga, wysoką wytrzymałością względną i niskim ciężarem właściwym. Istotnym elementem tego materiału jest odporność korozyjna, której analiza i badania są przedmiotem niniejszej pracy. W pracy przedstawiono analizę odporności korozyjnej nowych stopów tytanu otrzymanych metodą metalurgii proszków, konsolidowanych technologią SPS z różnymi parametrami procesu. Technologia SPS jest procesem konsolidacji materiałów z proszków w określonej temperaturze i pod określonym ciśnieniem (prasowanie), które powodują odkształcenie plastyczne ziaren scalanego proszku. Tak przygotowane próbki porównano z materiałem komercyjnym – lity stop Ti6Al4V ELI w postaci pręta. Przedmiotem analizy były krzywe potencjodynamiczne wykonane na podstawie danych uzyskanych z urządzenia SP-150 marki Bio-Logic Science Instruments z przystawką niskoprądową w komorze pomiarowej o pojemności 1 litra. Porównano charakterystyki korozyjne nowych stopów tytanowych i litego stopu handlowego. Wyznaczono także porowatość, gęstość oraz twardość. Stwierdzono przesuniecie potencjału korozyjnego badanych spieków w stronę wyż- szych potencjałów względem stopu handlowego. Zaobserwowano korelację pomiędzy właściwościami korozyjnymi, a właściwościami mechanicznymi materiałów uzyskanych dla różnych parametrów spiekania.

EN

Biomaterials engineering and technologies related to medicine belong to one of the most dynamically developing scientific fields in recent years. Titanium and its alloys with iron-based cobalt alloys, as well as alloys with shape memory, form the group of metallic biomaterials. Titanium and its alloys compared with other metallic materials is characterized by good biocompatibility, a low Young’s modulus in comparison with other metallic biomaterials as well as compared to metals in general for example aluminum, high strength and low relative specific gravity. An important element of this material is corrosion resistance, whose analysis and testing are the subject of this work. The paper presents an analysis of the corrosion resistance of new titanium alloys obtained by powder metallurgy, consolidated using SPS technology with different process parameters. SPS technology is the process of consolidating material from powders at a predetermined temperature and under a certain pressure (compaction) that causes plastic deformation of the grains of the merged powders. The thus prepared samples were compared with a commercial material - Ti6Al4V ELI solid alloy in the form of a rod. The subject of analysis was potentiodynamic curves made on the basis of data obtained from the Bio-Logic Science Instruments SP-150 device with a low current attachment in a measuring chamber with a capacity of 1 liter. We compared the corrosion characteristics of the new titanium alloys and the commercial solid alloy. The porosity, density and hardness were also determined. A shift in the corrosion potential of the investigated sinters to higher potentials in relation to the commercial alloy was found. A correlation between the corrosive properties and the mechanical properties of the materials obtained employing the various sintering parameters was observed.

Słowa kluczowe

PL

korozyjność; biozgodność; kompozyt; tytan; biomedycyna; metalurgia proszków; spiekanie plazmowe iskrowe

EN

corrosivity; biocompatibility; SPS; composite; titan; biomedicine; powder metallurgy; spark plasma sintering (SPS)

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 27, nr 2
• Strony: 165--178
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Lijewski M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Magda J.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Trzaska, M., Z. Trzaska. 2010.. Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna w inżynierii materiałowej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
• [2] Valero Vidal C., Iguan Muonoz A. 2008. “Electrochemical characterization of biomedical alloys for surgical implants in simulated body fluids”. Corrosions Science 50: 1954–1961.
• [3] Przybyszewska-Doros I., W. Okrój, B. Walkowiak. 2005. “Modyfikacje powierzchni implantów metalicznych”. Inżynieria Biomateriałów 1-3: 54–62.
• [4] Uo M., F. Watari, A. Yokoyana. 2001. “Visualization and detectability of elements rarely contained in soft tissue by X-ray scanning anlitical microscopy and elektron probe micro analysis”. Biomaterials 22 (13): 1787–1794.
• [5] Höhn S., S. Virtanen. 2015. “Biocorrosion of TiO2 nanoparticle coating of Ti–6Al–4V in DMEMunder specific in vitro conditions”. Applied Surface Science 329: 356–362.
• [6] Fazel M., H.R. Salimijazi, M.A. Golozar, M.R. Garsivaz. 2015. “A comparison of corrosion, tribocorrosion and electrochemicalimpedance properties of pure Ti and Ti6Al4V alloy treated bymicro-arc oxidation process”. Applied Surface Science 324 (1): 751–756.
• [7] Simkaa W., A. Sadkowski, M. Warczak, A. Iwaniak, G. Dercz, J. Michalska, A. Maciej. 2011. „Characterization of passive films formed on titanium during anodic oxidation”. Electrochimica Acta 56: 8962–8968.
• [8] Dobrzański L.A. 2002. Podstawy nauki o materiałach i materiałoznawstwo. Gliwice-Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
• [9] Krasicka-Cydzik E. 2003. Formowanie cienkich warstw anodowych na tytanie i jego implantowych stopach w środowisku kwasu fosforowego. Zielona Góra: Uniwersytet Zielonogórski.
• [10] Koike M., H. Fuji. 2001. “The corrosion resistance of pure titanium in organic acids”. Biomaterials 22: 2931.
• [11] Krasicka-Cydzik E. 1998. Effect of surface finishing on polarization-corrosion of Ti-6Al-4V alloy, 24– 45. W mat. konf. 10th Int. Conf., Univ. of Zilina, Slovak Rep.
• [12] Krasicka-Cydzik E. 1998. Wpływ obróbki powierzchniowej na odporność korozyjną wybranych stopów tytanu. W mat konf. VII Międzynarodowej Konf., Polit. Ziel., KBM PAN Poznań.
• [13] Sitting C., G. Hahner, A. Marti, M. Textor, N.D. Spencer, R. Hauert. 1999. “The implant material, Ti6Al7Nb: surface microstructure, composition and properties”. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 10: 191.
• [14] Ong J.L., L.C. Lucas, G.N. Raikar, J.C. Gregory. 1993. “Electrochemical corrosion analyses and characterization of surface-modifield titanium”. Appy. Surf. Sci. 72: 7.
• [15] Marciniak J., Z. Paszenda. 2005. Biotolerancja biomateriałów metalicznych. Spondyloimplantologia zaawansowanego leczenia kręgosłupa systemem DERO, 133–142. Zielona Góra.
• [16] Geschwend N. 1977.”Allergologische Probleme in der Orthopadie”. Orthop. 6: 193–196.
• [17] Hoeppner D.W., Chandrasekaran. 1994. “Fretting orthopaedic implants – a review”. Wear 173: 189.
• [18] Healy K.E., P. Ducheyne. 1993. “Passive dissolution kinetics of titanium in vitro”. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 4: 117.
• [19] Wisbey E. 1991. “Effect of surface treatment on the dissolution of titanium-based implant materials”. Biomaterials 12: 470.
• [20] Wielowiejska-Giertuga A., M. Miler, J. Sulej-Chojnacka. 2016. „Badania tarciowo-zużyciowe skojarzeń materiałowych typu metal–polimer znajdujących zastosowanie w implantach ortopedycznych”. Obróbka Plastyczna Metali XXVII (1): 73–82.
• [21] Garbiec D., M. Gierzyńska-Dolna, B. Pachutko, D. Andrzejewski, Wpływ wybranych parametrów iskrowego spiekania plazmowego (SPS) na właś-ciwości spieków z proszku stali 316L”. Obróbka Plastyczna Metali XXV (2): 139–146.