Fizykochemiczne właściwości stopu Ti6Al4V modyfikowanego metodami PACVD

• Autorzy: Jonas S. , Konefał-Góral J. , Małek A. , Januś M. , Grzesik Z.

Warianty tytułu

EN

Physicochemical properties of Ti6Al4V alloy modified by PACVD method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy powierzchnię Ti6Al4V modyfikowano przez osadzenie amorficznych warstw węglowych (a-C:H), węglowych dotowanych azotem (a-C:N:H) oraz warstw węgloazotku krzemu (Si:C:N:H). Przeprowadzone eksperymenty obejmowały wytworzenie serii układów metal-warstwa metodami chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganego plazmą PA- CVD. Warstwy węglowe i węglowe dotowane azotem otrzymano techniką RFCVD (l3,56 MHZ, 400 W), w której reakcja jest aktywowana plazmą radiofalową, natomiast węgloazotek krzemu techniką MWCVD (2,45 GHZ, 2 kW) z zastosowaniem wyładowania o częstości mikrofalowej. W procesie osadzania zastosowano odpowiednie reaktywne mieszaniny gazowe CH4, NZ, NH3, SiH4, HZ, Ar wprowadzane do reaktora w różnych proporcjach. Układy z otrzymanymi warstwami były poddane badaniom współczynnika tarcia podczas ślizgania w ruchu obrotowym oraz odporności na zużycie przez tarcie. Badania wykonano na sucho w styku kula-płaszczyzna zgodnie z wymaganiami określonymi w normach ASTM G 99-05, ISO 2080822004. Odporność korozyjną zmodyfikowanego stopu w roztworze Ringera oraz w sztucznej ślinie oceniono na podstawie przyspieszonych technik polaryzacyjnych. Techniką atomowej spektroskopii masowej z plazmą wzbudzoną indukcyjnie, ICP MS, oceniono zmiany składu chemicznego roztworów po ekspozycji próbek badając ilość pierwiastków z podłoża metalicznego, odpowiednio tytanu, wanadu oraz glinu w roztworze ,,pokorozyjnym”. Przeanalizowano parametry chropowatości przed procesami korozji w sztucznych płynach biologicznych w odniesieniu do parametrów układów bezpośrednio po modyfikacji. Wykazano, że najlepszą pod względem właściwości tribologicznych i korozyjnych jest powierzchnia z warstwą węgloazotku krzemu.

EN

In this paper Ti6Al4V surfaces were modified by deposition of amorphous carbon layers(a-C:H), carbon layers doper by nitrogen (a-C:N:H) and silicon carbonitride layers (Si:C:N:H). Experiments consist obtaining series layer- metal systems using Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition methods (PACVD). Carbon and carbon doped by nitrogen layers were obtained by RFCVD (13.56 MHZ, 400 W) with radio frequency plasma. With application of microwave MWCVD (2,45 GHz, 2 kW) the SiCxNy(H) layers were deposited on Ti6Al4V. In the deposition process, reactive gas mixture containing CH4, NZ, NH3, SiH4, HZ, Ar Were introduced into the reactor in different proportions. Tribological investigations were performed to determine the friction coefficient and wear resistance of layer/titanium systems in sliding contact. Tribological tests in a rotation of sample was carried out in dry condition with the use of ball-on-disc tribotester, in accordance with the ASTM G 99-05 and ISO 20808 standards. Corrosion resistance of the synergic systems with application accelerated polarization techniques were defined in two environments: Ringer” solution and artificial Saliva. In ICP MS analysis of “post corrosion” solution volume of titanium, vanadium and aluminum in solution after exposure in simulated biological fluid was defined. Roughness parameters measured after corrosion processes in artificial environment compared with parameters measured for surface after the deposition process. It has been shown that the best tribological and corrosion properties have surface with a silicon carbonitride layer.

Słowa kluczowe

PL

modyfikacja powierzchni; Ti6Al4V; warstwy węglowe; warstwy SiCxNy(H); PACVD

EN

surface modification; Ti6Al4V; carbon layer; SiCxNy(H) layers; PACVD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 5
• Strony: 467--471
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jonas S.

• AGH Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Konefał-Góral J.

• AGH Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Małek A.

• AGH Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Januś M.

• AGH Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

autor

Grzesik Z.

• AGH Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Bibliografia

• [1] Łaskawiec J., Michalak R.: Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2005).
• [2] Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (2005).
• [3] Nałecz M., praca zbiorowa: Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000. Tom 4. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT (2003).
• [4] Lütjering G., Williams J. C.: Titanium, engineering materials and process. Springer (2003).
• [5] Bregolin F. L., Behar M., Dyment F.: Diffusion study of 15N implanted into α-Ti using the nuclear resonance techniques. Appl. Phys. A 90 (2009) 347÷349.
• [6] Fouguet V., Pichon L., Staboni A., Drouet M.: Nitridation of Ti6Al4V by PBII: study of the nitro gen diffusion and of the nitride growth mechanizm. Surface and Coating Technology 186 (2004) 34÷39.
• [7] De Barros M. I., Rats D., Vandenbulcke L., Farges G.: lnfiuence of internal diffusion barriers on carbon diffusion in pure titanium and Ti-6Al4V during diamond deposition. Diamond and Related Materials 8 (1999) 1022÷1032.
• [8] Dischler B., Bubenzer A., Koidl P.: Hard carbon coatings with low optical absorption. Applied Physics Letters 42 (1983) 636.
• [9] Anguita J., Silva S. R. P., Burden A. P., Sealy B. J., Haq S., Hebbron M., Sturland I., Pritchard A.: Thermal stability of plasma deposited thin films of hydrogenated carbon-nitrogen alloys. Journal of Applied Physics 86 (1999) 6276÷6281.
• [10] He X., Shu L., Li W., Li H.: Structure and properties of carbon nitride films synthesized by low energy ion bombardment. Journal Materials Results 12 (1997) 1595÷1602.
• [11] Gonzalez-Luna R., Rodrigo M. T., Jimenez C., Martinez-Duart J. M.: Deposition of silicon oxinitride films from hexamethyldisilizane (HMDS) by PECVD. Thin Solid Films 317 (1998) 347÷350.
• [12] Kafrouni W., Rouessac V., Julbe A., Durand J.: Synthesis of PECVD a- SiCxNy:H membranes as molecular serves for small gas separation. Journal of Membrane Science 329 (2009) 130 ÷137.2
• [13] Kim M. T., Lee J.: Characterization of amorphous SiC:H films deposited from hexamethyldisilazane. Thin Solid Films 303 ( 1997) 173÷179.