Analiza fazowa i stan naprężeń własnych w warstwach azotowanych na stopie tytanu Ti6Al4V wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie

• Autorzy: Skrzypek S. J. , Tarnowski M. , Goły M. , Borowski T. , Wierzchoń T.

Warianty tytułu

EN

Phase composition and residual stresses in nitrided layers obtained on Ti6Al4V alloy with low temperature plasma

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obróbki powierzchniowe biomateriałów tytanowych znajdują coraz szersze zastosowanie w kształtowaniu ich właściwości użytkowych jako implantów kostnych i kardiologicznych, takich jak: odporność na zużycie przez tarcie, atrombogenność, aktywność biologiczna, zwilżalność czy wytrzymałość zmęczeniowa. Na właściwości tych warstw w istotnym stopniu, obok topografii powierzchni, składu chemicznego i morfologii składników mikrostrukturalnych, wpływa skład fazowy i stan naprężeń własnych, które można kształtować warunkami technologicznymi zastosowanych procesów plazmowych obróbek powierzchniowych. W artykule przedstawiono badania składu fazowego i stanu naprężeń własnych określonych metodami sin2ψ i GID-sin2ψ warstw azotowanych, wytworzonych w temperaturze ok. 650°C na stopie Ti6Al4V metodami azotowania w niskotemperaturowej plazmie zarówno na potencjale katody, jak i z zastosowaniem aktywnego ekranu, w zależności od sposobu przygotowania powierzchni (szlifowanie, polerowanie) i wykorzystania zjawiska rozpylania katodowego. Przedstawiono również topografię oraz stan chropowatości powierzchni azotku tytanu – zewnętrznej strefy warstwy azotowanej typu TiN + Ti2N + α-Ti(N).

EN

Surface treatments of titanium biomaterials are increasingly used in forming the properties of titanium bone and cardiac implants such as: wear resistance, athrombogenic properties, biological activity, wetability or fatigue strength. Properties of these layers like surface topography, chemical and phase composition and morphology can affect their residual stresses state and can be modified with several different process parameters. This paper presents the phase composition and residual stress state analysis, using sin2ψ and GID-sin2ψ methods, of nitrided layers produced on Ti6Al4V titanium alloy at 650°C in cathode and plasma potential (active screen plasma nitriding) according to mechanical state of the surface before the nitriding process (polishing, grinding) using the cathode sputtering phenomena. The topography and surface roughness parameters of produced titanium nitride TiN outer zone of TiN + Ti2N + α-Ti(N) diffusive layers are presented.

Słowa kluczowe

PL

tytan; stop; azotowanie jarzeniowe; analiza fazowa; stan naprężeń

EN

titanium alloys; plasma nitriding; phase analysis; residual stresses

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 872--875
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skrzypek S. J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Tarnowski M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Goły M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Borowski T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Wierzchoń T.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Loh N. L., Siew L. W.: Residual stress profiles of plasma nitrided steels. Surface Engineering 15 (2) (1999) 137.
• [2] Webster G. A.: Role of residual stress in engineering applications. Materials Science Forum 347-349 (2000) 1.
• [3] Gawroński Z.: Residual stresses in surface layer of M2 steel after conventional and low pressure “Nitrovac’ 79” nitriding process. Surface & Coating Technology 124 (1999) 19.
• [4] Jarkiewicz A., Roliński E., Wierzchoń T.: Experimental determination of influence of residual stresses on thermochemical processes in tool steels. Materials Science and Technology 2 (1986) 625.
• [5] Wierzchoń T., Czarnowska E., Krupa D.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (2004).
• [6] Ossowski M., Tarnowski M., Borowski T., Brojanowska A., Wierzchoń T.: Azotowanie z aktywnym ekranem jako alternatywa dla azotowania jarzeniowego tytanu i jego stopów w aspekcie zwiększenia ich właściwości użytkowych. Inżynieria Materiałowa 4 (2012) 236÷240.
• [7] Skrzypek S. J.: Nowe możliwości pomiaru makronaprężeń własnych w materiałach przy zastosowaniu dyfrakcji promieniowania X w geometrii stałego kąta padania. Rozprawy i monografie 108, Uczelnie Wyd. Nauk.- Dydaktyczne AGH, Kraków (2002).
• [8] Skrzypek S. J., Baczmański A.: Progress in X-ray diffraction of residual macro-stresses determination related to surface layer gradients and anisotropy. Adavances in X-ray Analysis 44 (2001) 134÷145.