Wodorowe elektrochemiczne uplastycznianie a-Ti

• Autorzy: Chernyayeva O. , Łunarska E. , Lisovytskiy D. , Zachariasz R.

Warianty tytułu

EN

Hydrogen electrochemical softening of a-Ti

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W procesie polaryzacji katodowej w alkalicznym roztworze, w temperaturze pokojowej, uzyskano stabilną modyfikację sprężystych oraz niesprężystych właściwości a-Ti. Stwierdzono, że przyczyną tego jest głęboka modyfikacja struktury materiału wskutek nawodorowania, niepowodującego powstawania mikropęknięć. Dokładne badanie wpływu polaryzacji katodowej na tworzenie się fazy wodorkowej i jej morfologię, oraz na stan sieci krystalicznej a-Ti daje możliwość ustalenia elektrochemicznych parametrów zapewniają-cych: 1) obecność wodoru w przesycanym roztworze stałym, 2) powstawanie wydzieleń wodorkowych o różnej stechiometrii i 3) tworzenie się zwartej, ciągłej warstwy powierzchniowej fazy wodorkowej. Stwierdzono, że w wyniku przesycenia roztworu stałego wodorem i (albo) w wyniku powstawania prekursorów i wydzieleń wodorkowych zachodzi zniekształcenie sieci Ti, co prowadzi do obniżenia modułu sprężystości do wartości charakteryzującej moduł sprężystości kości. Obecność ciągłej fazy wodorkowej nieznacznie wpływa na moduł sprężystości. Biorąc pod uwagę łatwość elektrochemicznego stopowania metalu wodorem oraz fakt, że przedostanie się wodoru do płynów ustrojowych w trakcie procesów korozyjnych nie jest groźne dla zdrowia, elektrochemiczna wodorowa obróbka tytanu może być rozpatrywana jako bezpieczna obróbka, pozwalająca na obniżenie modułu sprężystości implantów tytanowych.

EN

The stable modification of elastic and inelastic properties of a-Ti has been stated due to the hydrogen charging at cathodic polarization in alkaline solu-tion at RT. The effects have been found to depend on the hydrogen induced modification of the material structure, not causing the formation of the mi-crocracks. The thorough examination of the effect of cathodic polarization on the formation and morphology of the hydride phase and on the state of the a-Ti lattice allows establish the electrochemical parameters providing: (1) the presence of hydrogen in supersaturated solid solution, (2) the formation of hydride precipitates of various stoichiometry and (3) the formation of the compact hydride surface layer. Distortion of Ti lattice due to the supersatura-tion of solid solution with hydrogen and (or) due to the formation of hydride precursors and precipitates decreases the elastic modulus to the values close to those, characteristic for the bones. The presence of the compact hydride surface layer only negligible affects the elastic modulus. Taking into account the easiness of electrochemical alloying the metal with hydrogen and no health hazard produced by this element in the case of its dissolution in the body liquids, the electrochemical hydrogen treatment of Ti implants might be considered as the safe treatment causing the decrease in the elastic modulus of titan implants.

Słowa kluczowe

PL

właściwości a-Ti; polaryzacja katodowa; metoda elektrochemiczna; wodór

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 30, nr 5
• Strony: 421--424
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Chernyayeva O.

autor

Łunarska E.

autor

Lisovytskiy D.

autor

Zachariasz R.

• Instytut Chemii Fizycznej PAN, Warszawa,

Bibliografia

• [1] Marciniak J.: Biomaterialy. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice (2002).
• [2] Long M., Rack H. J.: Titanium alloys in total joint replacement – a material science perspective. Biomaterials 19 (1998) 1621-1639.
• [3] Sannakaisa Virtanen: Corrosion of biomedical implant materials. Corrosion Review 26 (2008) 147-171.
• [4] Guehennec L. L., Soueidan A., Layrolle P., Amourig Y.: Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration. Review. Dental Materials 23 (2007) 844-854.
• [5] Ortun E. M. Pohler: Unalloyed titanium for implants in bone surgery. Injury 31 (2000) S-D7-13.
• [6] Eliezer D., Eliaz N., Senkov O. N., Froes F. H.: Positive effects of hydrogen in metals. Mater Sci & Eng A280 (2000) 220-224.
• [7] Senkov O. N., Dubois M., Jonas I. J.: Elastic moduli of titanium-hydrogen alloys in the temperature range 20°C to 1100°C. Met and Mater Trans A29 (1996) 3963-3970.
• [8] Livanov W. A., Bukhanova A. A., Kolachev B. A.: Vodorod w titane. Gos Nauchno-tekhnich izdatelstvo literatury po chernoj i cvetnoj metalurgii, Moskva (Moscow) (1962).
• [9] Daigo Setayama, Junji Matsumaga, Hiroaki Muta, Masayohi Uno, Shinsuke Yamanaka: Mechanical properties of titanium hydride. Intern J Alloys and Compounds 381 (2004) 215-220.
• [10] Baza danych JCPDS PDF-2/2001.
• [11] Zachariasz R.: Wpływ promieniowania γ na tarcie wewnętrzne i właściwości dielektryczne ferroelektrycznej ceramiki typu PZT, Praca doktorska, Uniwersytet Śląski, Sosnowiec (2004).
• [12] Reilly D. T., Burstein A. H.: The elastic and ultimate properties of compact bone tissue. J. Biomechanics 8 (1975) 393-405.
• [13] Piekoszwski W., Szczerbek M., Tuszyński W., Wiśniewski M., Wulczyński J.: Badania porównawcze charakterystyk trybologicznych materiałów konstrukcyjnych. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej Nr765, Mechanika, z. 85, Łódź (1996) 115-122.
• [14] Philips I. I., Poole P., Shreir L.: Hydride formation during cathodic polarization of Ti – I. Effect of current density on kinetics of growth and composition of hydride. Corrosion Sci 12 (1972) 855-866.
• [15] Borchers C. H., Leonov A. V., Khomrnko T. I., Morozova O. S.: Mechanism and kinetics of mechanically induced transformation of Ti and titanium hydride: Effect of reaction medium on microstructure, morphology and hydrogen-uptake properties. J Materials Sciences 39 (2004) 5259-5262.
• [16] Irving P. E., Beevers C. J.: Some metallographic and lattice parameter observations on titanium hydride. Metalurg Trans 2 (1971) 613-615.
• [17] Katsutoshi Takashima, Ken’ichi Yokoyama, Kenzo Asaoka, Jun’ichi Sakai.: Effects of potential on hydrogen absorption and desorption behaviors of titanium in neutral fluoride solutions. J Alloys and Compounds 431 (2007) 203-207.
• [18] Tung P., Sommer A. W.: A study of dislocation-hydrogen interaction in α-tytanium via internal friction measurements. Acta Met. 22 (1974) 191- -200.
• [19] Spivak L., Lunarska E.: The effect of hydrogen in the shear modulus of polycrystalline aluminium. Technical Physics Letters 32 (2006) 55–57.
• [20] Christodoulou L., Clarke I. A.: Hydrogen effects on fracture toughness of XD titanium aluminide. In: Mondy NR, Thompson AW, editors. Hydrogen Effects on Materials Behavior. Mineral, Metals & Materials Soc (1990) 515-522.
• [21] Nowick A. S., Berry B. S. Inelastic relaxation in crystalline solids, Academia Press, New York (1972).