Wpływ stopowania laserowego z użyciem nanorurek węglowych stopu Ti13Nb13Zr do zastosowań biomedycznych na jego wybrane własności mechaniczne

• Autorzy: Rogala-Wielgus D. , Majkowska-Marzec B. , Bartmański M.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v90i7.935

Warianty tytułu

EN

The influence of laser alloying with carbon nanotubes of Ti13Nb13Zr on some of its mechanical properties in biomedical application

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Do eksperymentu użyto stopu tytanu Ti13Nb13Zr, który ze względu na swój skład chemiczny i właściwości mechaniczne stanowi materiał do zastosowań w inżynierii medycznej. Celem pracy była ocena wpływu stopowania laserowego stopu Ti13Nb13Zr z powłoką z wielościennych nanorurek węglowych na jego właściwości mechaniczne (chropowatość, nanotwardość, moduł Younga). Do wytworzenia powłoki węglowej wykorzystano metodę osadzania elektroforetycznego (EDP). Modyfikację laserową przeprowadzono przy użyciu impulsowego lasera Nd:YAG. Zastosowano moc impulsu 800 W i czas impulsu 0,5 ms oraz 1 ms. Właściwości mechaniczne zmierzono za pomocą nanoindentera, zaś chropowatość z użyciem mikroskopu sił atomowych (AFM). Zastosowanie powłoki z wielościennych nanorurek węglowych do stopowania laserowego stopu Ti13Nb13Zr oraz odpowiedni dobór parametrów procesu pozwoliły na podwyższenie właściwości mechanicznych (nanotwardość wzrosła ponad dwukrotnie) w stosunku do własności materiału rodzimego, nastąpiło również ujednolicenie właściwości w obrębie badanej powierzchni.

EN

The titanium alloy Ti13Nb13Zr was used as a substrate, because of its chemical composition and good mechanical properties in application of tissue engineering. The aim of the wark was the assessment of the influence of laser alloying of Ti13Nb13Zr coated with multi-walled carbon nanotubes for mechanical properties (roughness, nanohardness, Young modulus). Electrophoretic deposition (EOP) method was used to prepare carbon coating. Laser modification was carried out with Nd:YAG laser in pulsed mode operating system. The power of the impulse was 800 Wand the time 0,5 ms and 1 ms. Mechanical properties were checked with nanoindenter and roughness of the surface with Atomic Force Microscope (AFM). The improvement of mechanical properties (the nanohardness increases more than twice) and its homogeneity within tested area (in the comparisan to the native material) was seen after implementation of carbon nanotube coating with appropriate parameters of the process.

Słowa kluczowe

PL

stopowanie laserowe; Ti13Nb13Zr; nanorurka węglowa; zastosowanie biomedyczne; właściwości mechaniczne; nanoindentacja

EN

laser alloying; Ti13Nb13Zr; carbon nanotube; biomedical application; mechanical properties; nanoindentation

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 90, nr 7
• Strony: 18--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Rogala-Wielgus D.

• Politechnika Gdańska

autor

Majkowska-Marzec B.

• Politechnika Gdańska

autor

Bartmański M.

• Politechnika Gdańska

Bibliografia

• [1] Marciniak J.: Biomateriały, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2013.
• [2] http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/1_3_ budowa_materii/01_04_03_2b.htm [dostęp:20.05.2018]
• [3] Dresselhaus M. S., Dresselhaus G., Avouris P.: Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2001.
• [4] Bachmatiuk A.: Praca doktorska: Badania nad technologią otrzymywania i właściwościami nanorurek węglowych, Politechnika Szczecińska. Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej. Instytut Technologii Chemicznej Nieorganicznej i Inżynierii Środowiska, Szczecin 2008.
• [5] Dlugon E., Simka W., Franczek-Szczypta A., Niemiec W., Markowski J., Szymanska M., Blazewicz M.: Carbon nanotube-based coatings on titanium, Bull. Mater. Sci., Vol. 38, No. 5, September 2015, pp. 1339-1344.
• [6] Bartmański M., Berk A., Wójcik A.: The Determinants of Morphology and Properties of the Nanohydroxyapatite Coating Deposited on the Ti13Nb13Zr Alloy by Electrophoretic Technique, Advances in Materials Science, Vol. 16, No. 3 (49), 2016.
• [7] Sidun J., Dąbrowski J. R.: Aspekty biomechaniczne uszkodzeń minipłytek zespalających kości twarzoczaszki, MOTROL, 2009, 11c, s. 176-181.
• [8] Niinomi M., Narushima T., Nakai M.: Advances in Metallic Biomaterials, Tissues, Materials and Biological Reactions, Springer Series in Biomaterials Science and Engeenering, 2015.
• [9] Voggenreiter G., Leiting S., Brauer H., Leiting P., Majetschak M., Bardenheuer M., Obertacke U.: Immuno-inflammatory tissue reaction to stainless-steel and titanium plates used for internal fixation of long bones, Biomaterials 24, 2003, pp. 247-254.
• [10] Besra L., Liu M.: A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD). Progress in Materials Science 52, 2007, pp. 1-61.
• [11] Yamaguchi T., Hagino H.: Formation of titanium carbide layer by laser alloying with a light-transmitting resin. Optics and Lasers in Engineering 88, 2017, pp. 13-19.
• [12] Borek A., Grzelka R., Klimpel A., Mucha S., Ścibisz B.: Technologie laserowe spawania, wytwarzania i obróbki cieplnej warstw wierzchnich, Przegląd Spawalnictwa vol. 85, nr 10, 2013.
• [13] Makuch N., Kulka M., Dziarski P., Przestacki D.: Laser surface alloying of commercially pure titanium with boron and carbon. Optics and Lasers in Engineering 57, 2014, pp. 64-81.
• [14] Miklaszewski A., Kaczmarek M., Jurczyk M. U.: Powierzchniowe stopowanie mikroplazmowe jako nowe podejście w zakresie modyfikacji biomateriałów tytanowych, Przegląd Spawalnictwa vol. 89, nr 10, 2017.
• [15] Filip R.: Kształtowanie mikrostruktury warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti-6Al-4V poprzez stopowanie laserowe, Inżynieria Materiałowa 5, 2005.
• [16] Filip R.: Alloying of surface layer of the Ti-6Al-4V titanium alloy through the laser treatment. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, vol. 15, 1-2, 2006.
• [17] Michalak M., Łatka L., Sokołowski P.: Porównanie właściwości mechanicznych powłok natryskiwanych plazmowo proszkowo i z zawiesin. Przegląd Spawalnictwa, vol. 89 nr 10, 2017.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).