Corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy with oxidized nitride coatings in Ringer's solution

• Autorzy: Pohrelyuk I. , Fedirko V. , Tkachuk O. , Proskurnyak R.

Warianty tytułu

PL

Odporność na korozję w roztworze Ringera stopu Ti-6Al-4V z utlenianymi powłokami azotkowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The corrosion properties of Ti-6Al-4V alloy with oxynitride coatings formed by both the low-temperature oxidation and the subsequent high-temperature oxidation of pre-formed nitride coatings were investigated in a simulated body fluid (Ringer's solution) at the temperatures of 36^оС and 40^оС. The modification by oxygen of the nitride coating formed at pN2 = 1 Pа improves the corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy in the solution at both temperatures. At the same time the modified by oxygen nitride coatings formed at p_N2 = 105 Pа show worse corrosion protection than nitride coatings. At both temperatures of Ringer's solution the oxynitride coating provides Ti-6Al-4V alloy the better corrosion resistance at higher content of oxygen in a composition of titanium oxynitride. By increasing the temperature of the solution from 36^оС to 40^оС the corrosion protection of the alloy by oxynitride coatings is somewhat reduced.

PL

Zbadano w roztworze Ringera w temperaturze 36^оС i 40^оС właściwości korozyjne stopu Ti-6Al-4V z powłokami tlenoazotkowymi utworzonymi przez utlenianie w niskiej temperaturze i następne utlenianie w wysokiej temperaturze wstępnie uformowanych powłok azotku. Modyfikacja tlenem powłoki utworzonej z azotku przy p_N2 =1 Pа polepsza odporność na korozję stopu Ti-6Al-4V w roztworze Ringera w obu temperaturach. W tym samym czasie modyfikacji tlenem powłoka azotku utworzona przy pN2 = 105 Pа wykazuje gorszą ochronę przed korozją niż powłoki azotkowe. W obu temperaturach roztworu Ringera powłoka tlenoazotkowa zapewnia stopowi Ti-6Al-4V lepszą odporność na korozję przy wyższej zawartości tlenu w tlenoazotku tytanu. Poprzez podwyższenie temperatury roztworu z 36^оС do 40^оС zabezpieczenie antykorozyjne stopu powłokami tlenoazotkowymi jest nieznacznie zmniejszone.

Słowa kluczowe

EN

Ti-6Al-4V alloy; surface treatment; corrosion; simulated body fluid; inflammation

PL

stop Ti-6Al-4V; obróbka powierzchniowa; korozja; roztwór Ringera

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 1
• Strony: 38--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Pohrelyuk I.

• Karpenko Physico-Mechanical Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Lviv

autor

Fedirko V.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

autor

Tkachuk O.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

autor

Proskurnyak R.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji, Instytut Technik Wytwarzania

Bibliografia

• [1] Leinenbach C., Eifler D.: Fatigue and cyclic deformation behaviour of surface-modified titanium alloys in simulated physiological media. „Biomater.", 2006, 27,3.1200-1208.
• [2] Variola F., Yi J.H., Richert L., Wuest J.D., Rosei F., Nanci A.: Tailoring the surface properties of Ti6AI4V by controlled chemical oxidation. „Biomater.", 2008, 29, s. 1285-1298.
• [3] Spoerke E.D., Murray N.G., Li H., Brinson L.C., Dunand D.C., Stupp S.l.: A bioactive titanium foam scaffold for bone repair. „Acta Biomater.", 2005, 1, s. 523-533.
• [4] Anawati, Tanigawa H., Asoh H., Ohno T., Kubota M., Ono S.: Electrochemical corrosion and bioactivity of titanium-hydroxyapatite composites prepared by spark plasma sintering. „Corros. Sci.", 2013, 70, s. 212-220.
• [5] Vasilescu E., Drob P., Raducanu D., Cinca l., Mareci D., Calderon Moreno J.M., Popa M., Vasilescu C., Mirza Rosca J.C.: Effect of thermo-mechanical processing on the corrosion resistance of Ti6AI4V alloys in biofluids. „Corros. Sci.", 2009, 51, s. 2885-2896.
• [6] Amaya-Vazquez M.R., Sanches-Amaya J.M., Boukha Z., Botana F.J.: Microstructure microhardness and corrosion resistance of remelted TiG2 and Ti6AI4V by a high power diode laser. „Corros. Sci.", 2012, 56, s. 36-48.
• [7] Fernandes A.C., Vaz F., Ariza E., Rocha L.A., Ribeiro A.R.L., Vieira A.C., Riviere J.P., Pichon L.: Tribocorrosion behaviour of plasma nitrided and plasma nitrided+oxidised Ti6AI4V alloy. „Surf. Coat. Tech.", 2006, 200, s. 6218-6224.
• [8] Rahman M., Reid l., Duggan P.D. Dowling P., Hughes G., Hashmi M.S. J.: Structural and tribo-logical properties of the plasma nitrided Ti-alloy biomaterials: Influence of the treatment temperaturę. „Surf. Coat. Tech.", 2007, 201, s. 4865-4872.
• [9] Luo Y., Ge S.: Fretting wear behaviour of nitrogen ion implanted titanium alloys in bovine serum lubrication. „Tribol. Int.", 2009, 42, s. 1373-1379.
• [10] Raimondi M.T., Pietrabissa R.: The in-vivo wear performance of prosthetic femoral heads with titanium nitride coating. „Biomater.", 2000, 21, s. 907-913.
• [11] Piscanec S., Ciacchi L.C., Vesselli E., Comelly G., Sbaizero O., Meriani S., De Vita A.: Bioactivity of TiN-coated titanium implants. „Acta Mater.", 2004, 52, s. 1237-1245.
• [12] Subramanian B., Muraleedharan C.V., Anantha-kumar R., Jayachandran M.: A comparative study of titanium nitride (TiN), titanium oxynitride (TiON) and titanium aluminum nitride (TiAlN), as surface coatings for bio implants. „Surf. Coat. Tech.", 2011, 205, s. 5014-5020.
• [13] Zykova A., Safonov V., Walkowich J., Rogowska R., Yakovin S.: Corrosion properties of nitride, oxide and multilayer coatings on stainless steel titanium-based substrates. „J. Phys. Conf. Ser.", 2010, 223, s. 1-4.
• [14] Burstein G.T., Liu C., Souto R.M.: The effect of temperature on the nucleation of corrosion pits on titanium in Ringer's physiological solution. „Biomater.", 2005, 26, s. 245-256.
• [15] de Assis S.L., Wolynec S., Costa l.: Corrosion characterization of titanium alloys by electrochemical techniques. „Electrochim. Acta", 2006, 51, s. 1815-1819.
• [16] Alves V.A., Reis R.Q., Santos l.C.B., Souza D.G., de F. Goncalves T., Pereira-da-Silva M.A., Rossi A., da Silva L.A.: In situ impedance spectroscopy study of the electrochemical corrosion of Ti and Ti-6AI-4V in simulated body fluid at 25°C and 37°C. „Corros. Sci.", 2009, 51, s. 2473-2482.
• [17] Cvijovic-Alagic l., Cvijovic Z., Mitrovic S., Panie V., Rakin M.: Wear and corrosion behaviour of Ti-13Nb-13Zr and TI-6AI-4V alloys. „Corros. Sci.", 2011, 53, s. 796-808.
• [18] Tian B., Xie D.B., Wang F.H.: Corrosion behaviourof TiN and TiN/Ti composite films on Ti6AI4V alloy in Hank's solution. „J. Appl. Electrochem.", 2009, 39, s. 447-453.
• [19] Manhabosco T.M., Tamborim S.M., dos Santos C.B., Miiller l.L.: Tribological electrochemical and tribo-electrochemical characterization of bare and nitrided Ti6AI4V in simulated body fluid solution. „Corros. Sci.", 2011,53, s. 1786-1793.
• [20] Pohrelyuk l.M., Fedirko V.M., Tkachuk O.V., Proskurnyak R.V.: Corrosion resistance of Ti-6AI-4V alloy with nitride coatings in Ringer's solution. „Corros. Sci.", 2013, 66, s. 392-398.
• [21] Pohrelyuk l.M., Tkachuk O.V., Proskurnyak R.V., Corrosion behaviour of Ti-6AI-4V alloy with nitride coatings in simulated body fluids at 36°C and 40°C. „ISRN Corros.", 2013, 2013, s. 1-7.
• [22] Pohrelyuk l., Tkachuk O., Proskurnyak R.: Effect of oxidation of nitride coatings on corrosion properties of Ti-6AI-4V alloy in 0.9% NaCI at 40°C. Cent. Eur. J. Chem., 2014, 12, s. 260-265.
• [23] Tsyganov l., Maitz M.F., Wieser E., Richter E., Reuther H.: Correlation between blood compatibility and physical surface properties of titanium-based coatings. „Surf. Coat. Tech.", 2005, 200, s. 1041-1044.
• [24] Maury F., Duminica F.D.: TiOxNy coatings grown by atmospheric pressure metal organie chemical vapour deposition. „Surf. Coat. Technol.", 2010, 205, s. 1287-1293.
• [25] Rawal S.K., Kumar Chawla A., Jayaganthan R., Chandra R.: Optical and hydrophobic properties of co-sputtered chromium and titanium oxynitride films. „Appl. Surf. Sci.", 2011, 257, s. 55-61.
• [26] Rizzo A., Signore M.A., Mirenghi L., Di Luccio T.: Synthesis and characterization of titanium and zirconium oxynitride coatings. „Thin Solid Films", 2009,517,3.5956-5964.
• [27] Kraus W., Nolze G.: Powder Cell - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns. „J. Appl. Crystallogr.", 1996, 29, s. 301-303.
• [28] Levi G., Kapłan W.D., Bamberger M., Structure refinement of titanium carbonitride (TiCN). „Mater. Lett.", 1998,35,3.344-350.
• [29] Gopi D., Collins Arun Prakash V., Kavitha L.: Evaluation of hydroxyapatite coatings on borate passivated 316L SS in Ringer's solution. „Mater. Sci. Eng." C, 2009, 29, s. 955-958.
• [30] Alyamovskyi S.l., Zaynulin Yu.G., Shveykin G.P.: Oxycarbides and oxynitrides of metals of IVA and VA subgroups, Nauka, Moscow, 1981 (in Russian).
• [31] Lavrenko V.A., Shvets V.A., Boshitskaya N.V„ Makarenko G.N.: Comparative study of the chemical resistance of titanium nitride and stainless steel in media of the orał cavity. „Powder Metall. Mel. Ceram.", 2001, 40, s. 630-636.
• [32] Fang T.H., Wu K.T.: Local oxidation characteristics on titanium nitride film by electrochemical nanolithography with carbon nanotube tip. „Electrochem. Commun.”, 2006,8,3.173-178.
• [33] Razavi R.Sh., Salehi M., Ramazani M., Man H.C.: Corrosion behaviour of laser gas nitrided Ti-6AI-4V in HCI solution. „Corros. Sci.", 2009, 51, s. 2324-2329.