Polimerowe, ceramiczne i kompozytowe powłoki osadzane elektroforetycznie poprawiające wybrane właściwości materiałów metalowych

• Autorzy: Moskalewicz T. , Dubiel B. , Sak A. , Ratajski D. , Jugowiec D. , Ledwig P. , Cieniek Ł. , Kalemba-Rec I. , Radziszewska A. , Kopia A. , Zimowski S. , Kot M. , Łukaszczyk A.

Identyfikatory

DOI

10.15199/24.2016.4.7

Warianty tytułu

EN

Polymer, ceramic and composite electrophoretic coatings for improvement of selected properties of metallic materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono przykłady wytwarzania różnych powłok polimerowych, ceramicznych i kompozytowych na modelowych materiałach metalowych metodą osadzania elektroforetycznego. W celu uzyskania dobrej jakości powłok dobrano optymalny skład chemiczny roztworów koloidalnych i zawiesin stosowanych do osadzania, wyznaczono ich pH i potencjał elektrokinetyczny dzeta. W oparciu o badania makroskopowe osadzonych powłok dobrano napięcie prądu i czas osadzania elektroforetycznego. Wykonano badania mikrostruktury powłok i ich wybranych właściwości, takich jak odporność na korozję, odporność na zużycie ścierne i wyznaczono współczynnik tarcia. Wykazano, że osadzanie elektroforetyczne jest perspektywiczną metodą wytwarzania powłok: polimerowych (chitozanu i polieteroeteroketonu (PEEK)), ceramicznych (SiO2), kompozytowych (szkło żelowe/chitozan, TiO2/chitozan, SiO2/HA i Ni/SiO2) oraz porowatych (szkło żelowe/PEEK).

EN

This work presents the examples of electrophoretic deposition of various polymer, ceramic and composite coatings on model metallic materials. To obtain good quality coatings, chemical composition of colloidal solutions and suspensions as well as their pH and Zeta potential were optimized. The voltage and deposition time were experimentally selected by macroscopic examination of as-deposited coatings. Investigation of the coatings comprised microstructural analysis as well as determination of their corrosion resistance, wear resistance and friction coefficient. It was demonstrated that electrophoretic deposition is a prospective method for obtaining various coatings: polymer chitosan and polyetheroetheroketone (PEEK), ceramic SiO2, composite gel glass/chitosan, TiO2/chitosan, SiO2/HA and Ni/SiO2 as well as porous sol-gel glass/PEEK coatings.

Słowa kluczowe

PL

osadzanie elektroforetyczne; powłoki polimerowe; powłoki kompozytowe; mikrostruktura; odporność korozyjna; odporność na zużycie ścierne

EN

electrophoretic deposition; polymer coatings; composite coatings; microstructure; corrosion resistance; wear resistance

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 83, nr 4
• Strony: 170--180
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys.

Twórcy

autor

Moskalewicz T.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Dubiel B.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Sak A.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Ratajski D.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Jugowiec D.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Ledwig P.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metalurgii Stopów Żelaza ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Cieniek Ł.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Inżynierii Powierzchni ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Kalemba-Rec I.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Inżynierii Powierzchni ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Radziszewska A.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Inżynierii Powierzchni ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Kopia A.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Inżynierii Powierzchni ul. Czarnowiejska 66, 30-054, Kraków

autor

Zimowski S.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn al. A. Mickiewicza 30, 30-059, Kraków

autor

Kot M.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn al. A. Mickiewicza 30, 30-059, Kraków

autor

Łukaszczyk A.

• AGH, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Odlewnictwa, Katedra Chemii i Korozji Metali ul. Reymonta 23, 30-059, Kraków

Bibliografia

• [1] Ammam Malika. 2012. “Electrophoretic deposition under modulated electric fields: a review”. RSC Advances 2: 7633-7646.
• [2] Atik Mohamed, Michel André Aegerter. 1992. “Corrosion resistant sol gel ZrO2 coatings on stainless steel”. Journal of Non- Crystalline Solids 147-148: 813−819.
• [3] Bakhit Babak, Alireza Akbari, Farzad Nasirpouri, Mir Ghasem Hosseini. 2014. “Corrosion resistance of Ni–Co alloy and Ni–Co/SiC nanocomposite coatings electrodeposited by sediment codeposition technique”. Applied Surface Science 307: 351−359.
• [4] Besra Laxmidhar, Meilin Liu. 2007. “A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD)”. Progress in Materials Science 51: 1−61.
• [5] Błażewicz Stanisław, Leszek Stoch. 2003. Biomateriały. Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna. 2000. Tom 4. Pod redakcją M. Nałęcza. Warszawa: Wydawnictwo PAN Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT.
• [6] Blicharski Marek. 2009. Inżynieria powierzchni. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne.
• [7] Boccaccini Aldo Roberto, James Dickerson, Begoña Ferrari, Omer Van der Biest, Tetsuo Uchikoshi. 2015. “Electrophoretic Deposition: Fundamentals and Applications V”. Key Engineering Materials 654.
• [8] Boccaccini Aldo Roberto, Begoña Ferrari, James Dickerson, Carmen Galassi. 2016. „Special Issue: Electrophoretic deposition of ceramics“. Journal of the European Ceramic Society 36: 263−388.
• [9] Boccaccini Aldo Roberto, Sigrid Keim, Renzhi Ma, Yang Li, Igor Zhitomirsky. 2010. “Electrophoretic deposition of biomaterials”. Journal of The Royal Society Interface 7: 581−613.
• [10] Castro Yolanda, Begoña Ferrari, Rui Moreno, Alicia Durán. 2005. “Corrosion behavior of silica hybrid coatings produced from basic catalysed particulate sols by dipping and EPD”. Surface and Coatings Technology 191: 228−235.
• [11] Chung Chi-Jen, Hsin-I Lin, Ju Liang He. 2007. “Antimicrobial efficacy of photocatalytic TiO2 coatings prepared by arc ion plating”. Surface and Coatings Technology 202: 1302−1307.
• [12] Cong Wang, Jenkins Ma, Cheng Wen. 2007. “Formation of polyetheretherketone polymer coating by electrophoretic deposition method”. Surface and Coatings Technology 173: 271−275.
• [13] Dziadek Michał, Katarzyna Cholewa-Kowalska. 2014. „Wybrane metody otrzymywania porowatych rusztowań w inżynierii tkankowej”. Inżynieria Biomateriałów 20: 193−202.
• [14] Gebhardt Friederike, Sigrid Seuss, Can Metehan Turhan, Helga Hornberger, Sannakaisa Virtanen, Aldo Roberto Boccaccini. 2012. “Characterization of electrophoretic chitosan coatings on stainless steel”. Materials Letters 66: 302−304.
• [15] Ghanaati Shahram, Samuel Udeabor, Mike Barbeck, Ines Willershausen, Oliver Kuenzel, Robert Sader, James Kirkpatrick. 2013. “Implantation of silicon dioxide-based nanocrystalline hydroxyapatite and pure phase beta-tricalcium phosphate bone sub stitute granules in caprine muscle tissue does not induce new bone formation”. Head & Face Medicine 9: 1−7.
• [16] Hadraba Hynek, Karel Maca, Jaroslav Cihlar. 2014. “Electrophoretic depsition of alumina and zirconia II”. Two-component systems. Ceramic International 30: 853−863.
• [17] Kaya Cengiz, Figen Kaya, Aldo Roberto Boccaccini, Krishan Chawla. 2001. “Fabrication and characterization of Nicoated carbon fibre-reinforced alumina ceramic matrix composites using electrophoretic deposition”. Acta Materialia 49: 1189−1197.
• [18] Kurtz Steven, John Devine. 2007. ”PEEK biomaterials in trauma, orthopedic, and spinal implants”. Biomaterials 28: 4845−4869.
• [19] Lu Xiong, Yang Leng, Qiyi Zhang. 2008. ”Electrochemical deposition of octacalcium phosphate microfiber/chitosan composite coatings on titanium substrates”. Surface and Coating Technology 202: 3142−3147.
• [20] Morks Magdi F, Akira Kobayashi. 2006. ”Fabrication and characterization of HA/SiO2 coatings by gas tunnel plasma spraying”. Transactions of JWRI 35: 11−16.
• [21] Moskalewicz Tomasz, Sigrid Seuss, Aldo Roberto Boccaccini. 2013. “Microstructure and properties of composite polyetheretherketone/ Bioglass coatings deposited on Ti-6Al-7Nb alloy for medical applications”. Applied Surface Science 273: 62−67.
• [22] Pamuła Elżbieta, Justyna Kokoszka, Katarzyna Cholewa- -Kowalska, Maria Łączka, Łukasz Kantor, Łukasz Niedźwiedzki, Gwendolen Reilly, Joanna Filipowska, Wojciech Madej, Małgorzata Kołodziejczyk, Grzegorz Tylko, Anna Osyczka. 2011. “Degradation, bioactivity, and osteogenic potential of composites made of PLGA and two different sol-gel bioactive glasses”. Annals of Biomedical Engineering 39: 2114−2129.
• [23] Pang Xin, Travis Casagrande, Igor Zhitomirsky. 2009. “Electrophoretic deposition of hydroxyapatite–CaSiO3–chitosan composite coatings”. Journal of Colloid and Interface Science 330: 323−329.
• [24] Pishbin Fatemehsadat, Viviana Mourino, James Gilchrist, David McComb, Stefan Kreppel, Vehid Salih, Mary Ryan, Aldo Roberto Boccaccini. 2013. “Single-step electrochemical deposition of antimicrobial orthopaedic coatings based on a bioactive glass/chitosan/ nano-silver composite system”. Acta Biomaterialia 9: 7469−7479.
• [25] Rui Ma, Tang Tingting. 2014. “Current strategies to improve the bioactivity of PEEK”. International Journal of Molecular Science 15: 5426−5445.
• [26] Sarkar Partho, Patrick Nicholson. 1996.” Electrophoretic deposition (EPD): mechanisms, kinetics and application to ceramics”.

Uwagi

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