Obróbki jarzeniowe tytanu i jego stopów w aspekcie zastosowań w medycynie.

Wierzchoń, T.; Czarnowska, E.; Maranda-Niedbała, A.; Zegadło-Mylik, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Obróbki jarzeniowe tytanu i jego stopów w aspekcie zastosowań w medycynie.

Autorzy

Wierzchoń T. , Czarnowska E. , Maranda-Niedbała A. , Zegadło-Mylik M.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Glow discharge assisted treatments of titanium and its alloys as applied in medicine.

Języki publikacji

Abstrakty

Tytan i jego stopy mają szerokie zastosowanie w medycynie jako biomateriały. Charakteryzują się one wysoką odpornością na korozję w płynach fizjologicznych, posiadają jednak stosunkowo niską odporność na zużycie przez tarcie, co może być wyeliminowane poprzez zastosowanie takich obróbek jarzeniowych, jak: azotowanie i węgloazotowanie. Wytworzone w tych procesach warstwy mają charakter dyfuzyjny i można nimi pokrywać detale o złożonych kształtach. W artykule przedstawiono wyniki badań metalograficznych, topografii powierzchni, składu fazowego i chemicznego, odporności na zużycie przez tarcie warstw azotowanych wytwarzanych w temperaturach: 730, 850 i 1000 stopni Celsjusza oraz warstw węgloazotowanych wytwarzanych w temperaturze 850 stopni Celsjusza. Omówiono również wyniki ich biozgodności w testach in vitro, określanych liczbą rosnących ludzkich fibroblastów, ich morfologią i w badaniach in vivo na królikach oraz odporność na korozję w warunkach biologicznych. Uzyskane wyniki wskazują, że warstwy te są nietoksyczne, dobrze tolerowane zarówno w warunkach hodowli komórkowej, jak i w warunkach żywego organizmu oraz chronią przed korozją biologiczną. Procesy te pozwalają wytworzyć warstwy o ściśle określonej mikrostrukturze, składzie fazowym i chemicznym oraz topografii, a więc o określonych właściwościach użytkowych i biozgodności.

Titanium and its alloys are widely used in medicine as biomaterials. They are highly resistant to corrosion in physiological fluids, but their frictional wear resistance is relatively poor. This drawback, can however, be obviated by subjecting these materials to glow discharge assisted treatments such as nitriding and carbonitriding. The layers produced by these treatments have a diffusion character and can be formed on parts of sophisticated shapes. The paper presents the results of metallographic, surface topography, phase composition, chemical composition and frictional wear resistance examinations of the nitrided layers produced at temperatures of 730, 850 and 1000 degrees centigrade, and carbonitrided layers produced at a temperature of 850 degrees centigrade. We also examined the biocompatibility of the layers by in vitro tests to determine the number and morphology of human fibroblasts, by in vivo tests performed on rabbits, and by measuring the corrosion resistance under biological conditions. The results obtained show that the layers are nontoxic, well tolerated under the conditions of both laboratory cultures and living organisms, and that they provide good protection against biological corrosion. The glow discharge assisted treatments permit producing layers of good biocompatibility and precisely specified performance properties such as the microstructure, phase composition, chemical composition and topography.

Słowa kluczowe

obróbki jarzeniowe azotowanie węgloazotowanie tytan stop biomateriał medycyna biozgodność korozja biologiczna

glow discharge assisted treatments nitriding carbonitriding titanium titanium alloy biomaterials medicine biocompatibility biological corrosion

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Inżynieria Materiałowa

Rocznik

1999

Tom

R. XX, nr 2

Strony

57--61

Opis fizyczny

Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzchoń T.

Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Czarnowska E.

Instytut Pomnik „Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie

autor

Maranda-Niedbała A.

Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

autor

Zegadło-Mylik M.

Instytut Pomnik „Centrum Zdrowia Dziecka” w Warszawie

Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej

Bibliografia

1. Kasemo B., Lausmaa J.: Surface Science Aspects on Organie Biomaterials. CRC Crit. Rev. Biocomp. 2 (1986) 335
2. Sennerby L., Thompson P., Ericson L. E.: Early Tissue Response to Titanium Implants Inserted in Rabbit Cortical Bone. G. Mater. 4(1993)4
3.Grossman F.: Zastosowanie tytanu i jego stopów w medycynie. Materiały I Konf. Biomateriałów w Stomatologii, Ustroń, 1995, 40
4. Marciniak J.: Zagadnienia optymalizacji i strategii rozwoju biomateriałów dla chirurgii kostnej. Inżynieria Materiałowa 4 (1991) 94
5. Williams D. F.: Titanium: Epitome of biocompatibility or caux for concem. J. Bone Joint Surg. 76 (3), (1994) 348
6. Michalik R., Łaskawiec J., Liberski P.: Perspektywy i kierunki rozwoju zastosowania stopów tytanu w medycynie. Materiały Konf. Tytan i jego stopy, 27
7. Jacobs J. J., Skipor A. K. et al.; Release and Excretion of Metal in Patients who have a total hip-replacement component made of titanium base alloy. J. Bone Joint Surg. 73A (1991) 1475
8. Wang R. R., Tenton A.: Titanium for prosthodontic applications: A review of the literature. Prosthodontics, 27 (1996) 401
9. Lalor P. A., Revell T.: T-lymphocytes and titanium aluminium vanadium (TiAlV) alloy: evidence for immunological events associated with debris deposition. Clin. Materials, 12 (1993) 555
10. Haynes D. R., Rogers S. D., Hay S. et al.: The differences in toxicity and release of bone-resorbing mediators induced by titanium and cobaltchromium alloy wear particles. J. Bone Joint Surg. (Am), 75 A (1993) 825
11. Shinto Y., Uchida A., Yoshikawa H. et al.: Inguinal lymphadenopathy due to metal release from prosthesis: a case report. J. Bone Joint Surg. (Br), 75B (1993) 266
12. Jones T. K., Hansen C. A. et al.; Dental Implications of Nikel Hypersensitivity. J. Prosthet. Dent. 56 (1986) 507
13. Lausmaa J., Ask M. et al.: Preparation and analysis of Ti and alloyed Ti surfaces used in the evaluation of biological response. Biomaterials Biomedical Devices, vol. 110, Eds. J. S. Giammare and B. L. Hanker, Pittsburgh, Pennsylvania, 1989, 647
14. Wierzchoń T., Fleszar A. et al.: Plasma diffusion treatments of titanium alloys under glow discharge conditions. Proceed. 4th ASM Heat Treatment and Surface Engineering Conf., Florence 1998, vol. 3, 1
15. Am. van Raay J. J., Rozing P. M. at al.: Biocorapatibility of wear resistant coatings in ortophedic surgery, in vitro testing with human fibroblast cel cultures. J. of Mat. Science: Materials in Medicine 6 (1996) 80
16.Marton P. H., Bell T.: Surface Engineering of Titanium. Memones et Etudis Scientifiques Revue de Metalurgie, 1989, 735
17. Polska Norma PN-83/H-04302, 1983
18. Czarnowska E., Wierzchoń T., Maranda-Niedbała A.: Properties of Surface Layers on Titanium Alloy and Their Biocompatibility in vitro Test, Advances in Materials and Processing Techniologies, Ed. M. Andritschky, AMPT97, Guimares, Portugal, vol. 1, 1997, 329
19. Czarnowska E., Wierzchoń T.: Improvement of titanium alloy for biomedical applications by nitriding and carbonitriding processes. Proceed. 14th Inter. Congrers on Electron Microscopy, Cancun, Mexico 1998, 223

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BOS3-0001-0024