Powierzchniowe stopowanie mikroplazmowe jako nowe podejście w zakresie modyfikacji biomateriałów tytanowych

• Autorzy: Miklaszewski A. , Kaczmarek M. , Jurczyk M. U.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v89i10.815

Warianty tytułu

EN

Surface microplasma alloying as a new approach to modification of titanium biomaterials

• Konferencja: 59 Krajowa Naukowo-Techniczna Konferencja Spawalnicza "Spajanie - granice możliwości", Poznań, 10-12 października 2017 r.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu metodą stopowania mikroplazmowego z użyciem nanoprekursorów proszkowych otrzymanych metodą mechanicznej syntezy o kompozycji wejściowej Ti+2% oraz 10% wagowego dodatku boru. Zastosowanie prekursora nanokrystalicznego w istotny sposób wpływa na właściwości wyjściowe otrzymywanych warstw [1]. Prekursor nanokrystaliczny uzyskany w wyniku zastosowania procesu mechanicznej syntezy charakteryzuje się wysokim stopniem rozdrobnienia struktury oraz częściową amorfizacją. Zastosowanie nanoprekursora proszkowego w procesie modyfikacji warstwy wierzchniej z użyciem metody stopowania mikroplazmowego pozwala na uzyskanie struktury kompozytowej warstwy składającej się z faz: osnowy Ti (α) oraz wydzieleń TiB o wysokiej dyspersji, potwierdzonych badaniami strukturalnymi XRD [2]. Uzyskana przy doborze właściwych parametrów warstwa powierzchniowa, pozbawiona wad w postaci braku przetopu czy pęcherzy z jednoczesnym maksymalnym możliwym zakresem twardości charakteryzuje oczekiwany układ. Znaczący wzrost twardości uzyskany w warstwie powierzchniowej w stosunku do podłoża oraz poprawa odporności korozyjnej badanej w roztworze 0,9% NaCl w próbie potencjodynamicznej, wskazuje na korzystną mikrostrukturę układu dwufazowego z wysokim stopniem rozdrobnienia. Przeprowadzone badania in vitro cytokompatybilności z użyciem linii ludzkich komórek broblastów oraz osteoblastów na powierzchniach modyfikowanych w odniesieniu do próbki bazowej tytanu mikrokrystalicznego [3] potwierdza, iż wytworzone układy mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w zakresie modyfikacji implantów stomatologicznych czy też innych aplikacjach medycznych. Z przeprowadzonych analiz wynika, iż stopowanie mikroplazmowe jest efektywną metodą wytwarzania warstw kompozytowych typu Ti+TiB o możliwym szerszym aspekcie aplikacyjnym.

EN

The paper presents the results of modifcation of titanium surface by microplasma alloying using nano-powder precursors obtained by mechanical synthesis with Ti+2% input composition and 10% by weight boron addition. The use of nanocrystalline precursor significantly affects the initial properties of the obtained layers [1]. The nanocrystalline precursor obtained by the mechanical synthesis process is characterized by a high degree of fragmentation of the structure and partial amorphization. The use of nanoprecursor powder for the modification of the surface layer using microplasma alloying method allows to obtain a composite structure consisting of phases: the matrix Ti (α) and high dispersion TiB precursors, confirmed by XRD structural studies [2]. The surface layer obtained by selecting the appropriate parameters, free of defects such as lack of joint penetration or blisters, with the maximum possible hardness range characterizes the expected system. Significant increase of hardness obtained in the surface layer relative to the substrate and improvement of the corrosion resistance tested in the solution of 0.9% NaCI in the potentiodynamic test indicates a favorable microstructure of the diphasic system with a high degree of fragmentation. The in vitro cytocompatible tests using human fibroblast cell lines and osteoblasts on modified surfaces with respect to the microcrystalline titanium base sample [3] confirm that the manufactured systems may find potential applications for the modification of dental implants or other medical applications. It has been observed that microplasma alloying is an effective method of producing Ti+TiB composite layers with a broader application aspect.

Słowa kluczowe

PL

stopowanie mikroplazmowe powierzchniowe; synteza mechaniczna; test cytokompatybilności; TiB

EN

microplasma surface alloying; mechanical synthesis; cytocompatibility test; TiB

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 89, nr 10
• Strony: 32--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Miklaszewski A.

• Politechnika Poznańska

autor

Kaczmarek M.

• Uniwersytet Medyczny, Poznań

autor

Jurczyk M. U.

• Uniwersytet Medyczny, Poznań

Bibliografia

• [1] Miklaszewski A., Jurczyk M.U., Jurczyk K., Jurczyk M.: Plasma surface modification of titanium by TiB precipitation for biomedical applications, Surface & Coatings Technology, 2011, 206, pp. 330-337.
• [2] Miklaszewski A., Jurczyk M.U., Jurczyk M.: Microstructural Development of Ti-B Alloyed Layer for Hard Tissue Applications, J. Mater. Sci. Technol., 2013, 29, 6, pp. 565-572.
• [3] Kaczmarek M., Jurczyk M. U., Miklaszewski A., Paszel-Jaworska A., Romaniuk A., Lipińska N., Żurawski J., Urbaniak P., Jurczyk K.: In vitro biocompatibility of titanium after plasma surface alloying with boron, Materials Science and Engineering: C ,2016, Vol. 69, pp. 1240-1247.
• [4] Wang K.: The use and properties of titanium and titanium alloys for medical applications in the USA, Material Science and Engineering A 213, 1996, pp. 134-137.
• [5] Guehennec L., Souedan A., Layrolle P., Amouriq Y.: Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration, Dental Materials 23, 2006, pp. 844-854.
• [6] Ryan G., Pandit A., Apatsidis D. P.: Fabrication methods of porous metals for use in orthopaedic applications, Biomaterials 27, 2006, pp. 2651-2670.
• [7] Boyan B. D., Hummert T. W., Dean D. D., Schwartz Z.: Role of material surfaces in regulating bone and cartilage cell response, Biomaterials 17, 1996, pp. 137-146.
• [8] Rønold H. J., Ellingsen J. E.: Effect of micro-roughness produced by TiO2 blasting-tensile testing of bone attachment by using coin-shaped implants, Biomaterials 23, 2002, pp. 4211-4219.
• [9] Mendonça G., Mendonça D. B. S., Aragão F. J. L., Cooper L. F.: Advancing dental implant surface technology – from micron- to nanotopography, Biomaterials 29, 2008, pp. 3822-3835.
• [10] Xu Y.L., Wang K.H., Liu Y.: Reaserch on micro plasma arc welding of Co-Cr alloy metal in oral cavity repair, Electric Welding Machine, 2003, 133, 6, pp. 36-38.
• [11] Jiang Y., Xu B., Lu Y., Xiang Y., Liu C., Xia D.: Application prospects of plasma welding within remanufacturing engineering, Beijing: National Plant Engineering R&D Center, 2008.
• [12] Miklaszewski A., Jurczyk M.U., Jurczyk M.: Modyfikacja warstwy wierzchniej biomateriałów na przykładzie tytanu metodą stopowania plazmowego, Przegląd Spawalnictwa, 2011, 12, s. 65-69.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).