High and low voltage anodic etching of micro- and nanocrystalline Ti-based biomaterials

• Autorzy: Adamek G. , Jakubowicz J.

Warianty tytułu

PL

Mikro- i nanokrystaliczne biomateriały tytanowe trawione elektrochemicznie w wysokich i niskich potencjałach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Etching of the microcrystalline Ti, micro- and nanocrystalline Ti-6Al-4V was investigated. The process was run at 10, 100 and 150 V in H3PO4 electrolyte. Nanocrystalline alloy was prepared by mechanical alloying followed by powder metallurgical process. Surface morphology depends on the applied potential as well as etched material. The largest pores were obtained after etching of the nanocrystalline Ti-6Al-4V alloy, because large volume of the grain boundaries facilitates etching. The pore diameter reaches up to 60 um. Corrosion behaviour was investigated in Ringer's electrolyte. All samples, independently on theirs composition, etched at lowest 10 V shows best corrosion resistance. The corrosion resistance significantly decreases after etching at higher 100 or 150 V and according to increasing etching time and alloying elements or decreasing crystals size. For the nanocrystalline alloy, the large volume of the grain boundaries results in relatively poor corrosion resistance, which finally can be improved by anodic oxidation.

PL

Badano mikrokrystaliczny tytan oraz mikro- i nanokrystaliczne stopy Ti- 6Al-4V poddane elektrochemicznemu trawieniu. Proces trawienia prowadzono w potencjałach 10, 100 i 150 V w elektrolicie na bazie H3PO4. Stop nanokrystaliczny wytworzono za pomocą mechanicznej syntezy oraz metalurgii proszków. Morfologia powierzchni zależy od zastosowanego potencjału, jak również od struktury trawionego materiału. Największą porowatość obserwowano dla nanokrystalicznego stopu Ti-6Al-4V. Duża objętość granic ziaren sprzyja procesowi trawienia. Średnica wytworzonych porów dochodzi do 60 um. Badanie odporności korozyjnej prowadzono w płynie Ringera. Próbki trawione w niższym potencjale (10 V) wykazują lepszą odporność korozyjną, niezależnie od rodzaju obrabianego materiału. Odporność korozyjna była znacząco niższa po zwiększeniu potencjału trawienia (do 100 i 150 V), czasu procesu i ilości pierwiastków stopowych, a także wraz ze spadkiem wielkości ziaren (rys. 7 i 8, tab. 1). Duża objętość granic ziaren w przypadku stopu nanokrystalicznego skutkuje stosunkowo niską odpornością korozyjną, która jednak może zostać zwiększona przez anodowanie.

Słowa kluczowe

EN

biomaterials; Ti alloys; etching; corrosion resistance

PL

biomateriały; stopy tytanu; trawienie elektrochemiczne; odporność korozyjna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 3
• Strony: 747--750
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamek G.

autor

Jakubowicz J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska,

Bibliografia

• [1] Niinomi M.: Metallic biomaterials. J. Artif. Organs 11 (2008) 105-110.
• [2] Oh S., Jin S.: Titanium oxide nanotubes with controlled morphology for enhanced bone growth. Mat. Sci. Eng. C 26 (2006) 1301-1306.
• [3] Lee B.-H., Lee Ch., Kim D.-G., Choi K., Lee K. H., Kim Y. D.: Effect of surface structure on biomechanical properties and osseointegration. Mat. Sci. Eng. C28 (2008) 1448-1461.
• [4] Huang H.-H.: In situ surface electrochemical characterizations of Ti and Ti-6Al-4V alloy cultured with osteoblast-like cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 314 (2004) 787-792.
• [5] Okazaki Y., Rao S., Ito Y., Tateishi T.: Corrosion resistance, mechanical properties, corrosion fatigue strength and cytocompatibility of new Ti alloys without Al and V. Biomaterials 19 (1998) 1197-1215.
• [6] Dewidar M. M., Lim J. K.: Properties of solid core and porous surface Ti-6Al-4V implants manufactured by powder metallurgy. J. Alloys Comp. 454 (2008) 442-446.
• [7] Evis Z., Doremus R. H.: Coatings of hydroxyapatite – nanosize alpha alumina composites on Ti-6Al-4V. Mat. Lett. 59 (2005) 3824-3287.
• [8] Quek C. H., Khor K. A., Cheang P.: Influence of processing parameters in the plasma spraying of hydroxyapatite/Ti-6Al-4V composite coatings. J. Mat. Proc. Technol. 89-90 (1999) 550-555.
• [9] Conforto E., Aronsson B.-O., Salito A., Crestou C., Caillard D.: Rough surfaces of titanium and titanium alloys for implants and prostheses. Mat. Sci. Eng. C 24 (2004) 611-618.
• [10] Oh H.-J., Lee J.-H., Jeong Y., Kim Y.-J., Chi Ch.-S.: Microstructural characterization of biomedical titanium oxide film fabricated by electrochemical method. Surf. Coat. Techn. 198 (2005) 247-252.
• [11] Kim S. E., Lim J. H., Lee S. Ch., Nam S.-Ch., Kang H.-G., Choi J.: Anodically nanostructured titanium oxides for implant applications. Electrochim. Acta 53 (2008) 4846-4851.