Modyfikacja powierzchni stopu Ti-6Al-4V w warunkach plazmochemicznych

• Autorzy: Kyzioł K. , Kaczmarek Ł. , Jonas S.

Warianty tytułu

EN

Surface modification of Ti-6Al-4V substrate in plasma conditions

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy tytanu, m.in. Ti-6Al-4V, znajdują szerokie zastosowanie jako biomateriały w bio-inżynierii i medycynie. Budowa oraz właściwości fizykochemiczne tych materiałów sprawiają, że są już powszechnie stosowane w ortopedii, implantologii, traumatologii i stomatologii. Jednocześnie nadal trwają badania nad poprawą ich właściwości użytkowych, mające na celu zwiększenie ich żywotności, odporności na zużycie i korozję, przy jednoczesnym zachowaniu ich biozgodności. W tym celu prowadzone są badania, z wykorzystaniem m. in. technik plazmochemicznych - PA CVD (ang. Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition), które w szczególności obejmują procesy trawienia jonowego, azotowania, implantacji jonowej i/lub otrzymywania materiałów w postaci powłok. W pracy przedstawiono wyniki badań modyfikacji powierzchni stopu Ti-6Al-4V metodą PA MW CVD (ang. Plasma Assisted Micro-Wave Chemical Vapour Deposition). Parametry poszczególnych procesów ściśle kontrolowano, przy czym dla kolejnych procesów modyfikacji zmieniano ich kolejność. Dokładnej analizie poddano między innymi skład chemiczny, mikrostrukturę, strukturę w skali atomowej oraz mikrotwardość powierzchni stopu Ti-6Al-4V przed i po modyfikacji plazmochemicznej. Wyniki badań pokazały, że budowa i właściwości fizykochemiczne badanych materiałów ściśle zależą od rodzaju zastosowanych procesów w reaktorze mikrofalowym. Wykazano, że w przypadku modyfikacji powierzchni stopu Ti-6Al-4V korzystniejsze jest otrzymanie warstwy a-SiCNH po uprzednim procesie azotowania powierzchni stopu w warunkach plazmochemicznych.

EN

Titanium alloys, e.g. Ti-6Al-4V, are widely used as biomaterials, mainly in bioengineering and medicine. Their structure and physicochemical parameters enable extensive applications in orthopaedics, implantology, traumatology and dentistry. Studies on improvement of the usage parameters of titanium alloys, such as tribological and corrosion-resistance, with no loose of biocompatibility are still in progress. The plasma assisted chemical vapour deposition (PA CVD) technique with its ion etching, nitrogenation, ion implantation and/or surface coating widens possibilities of the new biomaterials discovery. In this study, the results of surface modification of the Ti-6Al-4V alloy by plasma assisted micro-wave chemical vapour deposition will be presented. Selected parameters of individual processes were strictly controlled, and a sequence of the processes was changed in every case. The chemical composition, microstructure, structure in atomic scale and microhardeness of the Ti-6Al-4V alloy before and after plasmochemical modification were precisely investigated. It was demonstrated that in case of the surface modification of the Ti-6Al-4V alloy more beneficial is plasmochemical nitrogenation of its surface before the a-SiCNH layer obtaining. The results of this study undoubtedly show that the construction and physicochemical parameters of the tested materials strongly depend on the type of applied processes in a microwave reactor.

Słowa kluczowe

PL

stopy tytanu; Ti6Al4V; modyfikacja powierzchni; SiCNH; PA MW CVD

EN

titanium alloys; Ti-6Al-4V; surface modification; SiCNH; PA MW CVD

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 64, nr 3
• Strony: 342--347
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Kyzioł K.

autor

Kaczmarek Ł.

autor

Jonas S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Rie K. T., Stucky T., Silva R.A., Leitao E., Bordji K., Jouzeau J. Y., Mainard D.: „ Plasma surface treatment and PACVD on Ti alloys for surgical implants”, Surf. Coat. Technol., 74-75, (1995), 973-980.
• [2] Wasa K., Kitabatake M., Adachi H.: Thin film material technology; sputtering of compound materials. Springer, Germany, (2004).
• [3] Lacoste A., Lagarde T., Béchu S., Arnal Y., Pelletier J.: Plasma Sources Sci. Technol., 11, (2002), 407.
• [4] Yildiz F., Alsaran A.: Tribol. Int., 43, (2010), 1472.
• [5] Pelletier J., Lacoste A., Arnal Y., Lagrade T., Lincot C., Hertz D.: „New trends in DECR plasma technology: applications to novel duplex treatments and process combinations with extreme plasma specifications”, Surf. Coat. Technol., 139, (2001), 222-232.
• [6] Picciotto A., Bagolini A., Bellutti P., Boscardin M.: „Influence of interfaces density and thermal processes on mechanical stress of PECVD silicon nitride”, Appl. Surf. Sci., 256, (2009), 251-255.
• [7] Chu K. P.: „Applications of plasma-based technology to microelectronics and biomedical engineering”, Surf. Coat. Technol., 203, (2009), 2793-2798.
• [8] Daigo Y., Mutsukura N.: „ Structures and luminescence properties of polymer- like a-CNx : H films”, Diam. Rel. Mater., 13, (2004), 2170.
• [9] Ait-Hamouda K., Ababou A., Ouchabane M., Gabouze N., Belhousse S.: Vacuum, 81, (2007), 1472.
• [10] Berlind T., Hellgren N., Johansson P., Hultman L.: „Microstructure, mechanical properties, and wetting behavior of Si-C-N thinfilms grown by reactive magnetron sputtering”, Surf. Coat. Technol., 141, (2001), 145-155.
• [11] Pech D., Steyer P., Loir A., Sánchez-López J. Millet J.P.: Surf. Coat. Technol., 201, (2006), 347.
• [12] Huang W., Wang X., Sheng M., et al.: Mater. Sci. Eng. B, 98, (2003), 248.
• [13] Vassallo E., et al.: Appl. Surf. Sci., 252, (2006), 7993.
• [14] Kafrouni W., Rouessac V., Julbe A., Durand J.: „Synthesis of PECVD a-SiCxNy:H as molecular sieves for small gas separation”, J. Membr. Sci., 329, (2009), 130-137.