Wielowarstwowe biomateriały tytanowe: mikrostruktura i właściwości mikro-mechaniczne

• Autorzy: Moskalewicz T. , Kot M. , Zimowski S. , Rakowski W. , Czyrska-Filemonowicz A.

Warianty tytułu

EN

Multilayered titanium biomaterials: microstructure and micro-mechanical properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przeprowadzono szczegółową charakterystykę mikrostruktury dwufazowych (alfa+beta) stopów tytanu (Ti-6Al-4V i Ti-6Al-7Nb) w stanie dostawy oraz po azotowaniu w warunkach wyładowania jarzeniowego. Posługując się metodami transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) określono skład chemiczny faz alfa i beta w stanie dostawy i po azotowaniu. Badania cienkich folii wykonanych z przekrojów poprzecznych próbek pozwoliły na precyzyjną charakterystykę mikrostruktury warstw azotowanych. Wykorzystując metodę dyfrakcji elektronów wykonano analizę faz występujących w warstwach azotowanych. Stwierdzono, że warstwy azotowane mają budowę wielowarstwową i składają się z kilku morfologicznie różnych "podwarstw", a zewnętrzna podwarstwa delta-TiN na obu badanych stopach ma nanokrystaliczną strukturę. Pomiary właściwości mikro-mechanicznych (mikrotwardość, moduł Younga) warstw azotowanych wykazały występowanie wyraźnej korelacji pomiędzy mikrostrukturą warstw, a ich właściwościami mikro-mechanicznymi. Próby scratch-test" wykazały, że warstwy azotowane mają dobrą przyczepność do badanych stopów tytanu.

EN

In the present study, the microstructure of the two phase (alpha+beta) titanium alloys (Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb) as received materials as well as after nitriding process in glow discharge conditions, has been examined. Using transmission electron microscopy (TEM) methods, the chemical composition of alpha and beta phases in the as received materials and in materials after nitriding process were estimated. The investigation of cross-sectional thin foils allows for precise microstructure characterisation of the nitrided layers. Phase identification within the layers was carried out by electron diffraction. TEM investigations revealed a very complex multilayered microstructure of the nitrided layers. The delta-TiN outer nitride sublayer formed on two investigated alloys was consisted of nanocrystallites. The measurements of micro-mechanical properties (microhardness, Young modulus) of nitrided layers showed the distinct correlation between the microstructure of surface layers and their micromechanical properties. The results of "scratch-test" experiment showed that the nitrided layers exhibit a good adhesion to the surface of titanium alloys investigated.

Słowa kluczowe

PL

wielowarstwowe biomateriały tytanowe; mikrostruktura; właściwości mikromechaniczne; stop dwufazowy; transmisyjna mikroskopia elektronowa; skład chemiczny

EN

multilayered titanium biomaterials; microstructure; micro-mechanical properties; two-phase alloy; transmission electron microscopy; chemical composition

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego
• Czasopismo: Archiwum Nauki o Materiałach
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 24, nr 3
• Strony: 185--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Moskalewicz T.

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

autor

Kot M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżenierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Zimowski S.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżenierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Rakowski W.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżenierii Mechanicznej i Robotyki, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

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

Bibliografia

• [1] D. M. Brunette, P. TengvalI, M. Textor, P. Thomsen, Titanium in medicine. Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg - New York, 2001, ISBN 3-540-66936-1.
• [2] J. Łaskawiec, R. Michalik, Zagadnienia teoretyczne i aplikacyjne w implantach. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, ISBN 83-7335-066-7.
• [3] J . Marciniak, Biomateriały. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002, ISBN 83-733-031-4.
• [4] A. Fleszar, T. Wierzchoń, Sun Kyu Kim, J. R. Sobiecki, Surf. and Coat. Technology 131, 62 (2000).
• [5] T. Burakowski, T. Wierzchoń, Surface Engineering of Metals: principals, equipment, technologies. CRC Press, Bocaraton, London, New York, 1999.
• [6] A. Wennerberg, European Cells and Materials 1, 1 (1999).
• [7] T. Wierzchoń, E. Czarnowska, A. Maranda-Niedbała, M. Zegadło-Mylik, Inżynieria Materiałowa 2, 57 (1999).
• [8] M. Biel, T. Moskalewicz, A. Czyrska-Filemonowicz, Mat. XXX Szkoły Inżynierii Materiałowej Kraków-Ustroń Jaszowiec, J. Pacyna (red.), 2002, s. 41.
• [9] W. Cahn, P. Haasen, E. J. Kramer, Mater. Sci. and Techn. 8, 401 (1996).
• [10] A. Czyrska-Filemonowicz, P. A. Buffat, T. Moskalewicz, K. Spiradek-Hahn, Proc. Seminar on Nanotechnology for Fabrication of Hybrid Materials, Toyama, Japan, 2002, s. 43.
• [11] Z. Paszenda, Inżynieria Materiałowa 2, 66 (1999).
• [12] Advances in surface mechanical properties characterisation, CSEM Instruments, Applications Bulletin (autumn 1996), N. Randall (red.): http://www.csem.ch/instrum.