Modyfikacja warstwy wierzchniej biomateriałów na przykładzie tytanu metodą stopowania plazmowego

• Autorzy: Miklaszewski A. , Jurczyk M. , Jurczyk M.

Warianty tytułu

EN

Biomaterials surface modification on the titanium example by microplasma alloying

• Konferencja: 53. Krajowa Naukowo-Techniczna Konferencja Spawalnicza Nowe Kierunki w Procesach Spajania i Cięcia Metali, Poznań 12-14 październik 2011
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki modyfikacji warstwy wierzchniej tytanu metodą stopowania plazmowego powierzchni, a następnie jej trawienia elektrochemicznego. Zastosowanie prekursora nanokrystalicznego w istotny sposób wpływa na właściwości wyjściowe otrzymywanych warstw. Zastosowanie procesu mechanicznej syntezy prowadzi do zmniejszenia wielkości ziarna prekursora z jego częściową amorfizacją. Zmodyfikowaną przez proces stopowania plazmowego mikrostrukturę obserwowano przy użyciu mikroskopii optycznej. Dla zastosowanego nanoprekursora proszkowego otrzymano strukturę kompozytową warstwy składającą się z matrycy Ti (�alfa) oraz wydzieleń fazy TiB potwierdzoną badaniami strukturalnymi XRD. Uzyskano znaczący wzrost mikrotwardości otrzymanej warstwy 900 HV w porównaniu z podłożem 160 HV. Zaprezentowano wyniki badań biokompatybilności otrzymanej warstwy na hodowli komorkowej ludzkich osteoblastów w zestawieniu z mikrokrystalicznym tytanem. Wykonano testy odporności korozyjnej w roztworze Ringera w temperaturze 37°C, powierzchni po modyfikacji. Z analiz wynika, iż stopowanie plazmowe jest efektywną metodą wytwarzania warstw kompozytowych typu Ti+TiB.

EN

The paper presents the results of surface modification of pure titanium by boride microplasma alloying approach and following process of electrochemical treatment of obtained layer. Application of nanocrystaline precursor affects significant on properties of obtained layers. Applied mechanical alloying process of precursor powders leads to its partially amorphization and grain size decrease. Additionally, the modified microstructure was observed by optical microscopy. For used nano precursor, composite microstructure consisted from Ti (alfa) matrix and TiB precipitation confirmed by XRD analysis, were observed. The Vickers microhardness was significantly improve from 160 HV for original substrate to even 900 HV in obtained composite layer structure. In vitro biocompatibility test on human osteoblast cell culturefor obtained layer in comparison with pure microcrystalline titanium results were present. The surface corrosion resistance test in Ringer solution at 37°C, were performed on obtained layer. Results shows that boride microplasma alloying is an effective method of composite Ti+TiB layer structure formation.

Słowa kluczowe

PL

modyfikacja; biomateriał; warstwa wierzchnia; tytan; metoda stopowania plazmowego

EN

modification; biomaterial; surface; titanium; microplasma alloying

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 83, nr 12
• Strony: 65--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il.

Twórcy

autor

Miklaszewski A.

autor

Jurczyk M.

autor

Jurczyk M.

• Politechnika Poznańska

Bibliografia

• [1] R.R. Boyer: An overview on the use of titanium in the aerospace industry, Materials Science and Engineering A 213 (1996)103.
• [2] K.B. Panda, K.S. Ravi Chandran: Titanium-Titanium Boride (Ti-TiB) Functionally Graded Materials through Reaction Sintering: Synthesis, Microstructure, and Properties, Metallurgical and Materials Transactions 34A (2003) 1371.
• [3] Marc Long, H.J. Rack: Titanium alloys in total joint replacement - a materials science perspective. Biomaterials 19 (1998)1621.
• [4] K.B. Panda, K.S. Ravi Chandran: Synthesis of Ductile Titanium-Titanium Boride (Ti-TiB) Composites with a Beta-Titanium Matrix: The Nature of TiB Formation and Composite Properties, Metallurgical and Materials Transactions 34A (2003) 1993.
• [5] R. Gadow, A. Killinger, N. Stiegler: Hydroxyapatite coatings for biomedical applications deposited by different thermal spray techniques, Surface & Coatings Technology 205 (2010) 1157.
• [6] Giovanni Bolelli, Valeria Cannillo, Rainer Gadow, Andreas Killinger, Luca Lusvarghi, Antonella Sola, Nico Stiegler "Microstructure and in-vitro behaviour of a novel High Velocity Suspension Flame Sprayed (HVSFS) bioactive glass coating, Surface & Coatings Technology 205 (2010) 1145
• [7] Guocheng Wang, Fanhao Meng, Chuanxian Ding, Paul K. Chu, Xuanyong Liu, Microstructure, bioactivity and oste-oblast behavior of monoclinic zirconia coating with nano-structured surface. Acta Biomaterialia 6 (2010) 990.
• [8] Guocheng Wang, Fanhao Meng, Chuanxian Ding, Paul K. Chu, Xuanyong Liu: Microstructure, bioactivity and osteoblast behavior of monoclinic zirconia coating with nanostructured surface, Acta Biomaterialia 6 (2010) 990.
• [9] Xuanyong Liu, Ray W.Y. Poon, Sunny C.H. Kwok, Paul K. Chu, Chuanxian Ding: Plasma surface modification of titanium for hard tissue replacements, Surface & Coatings Technology 186 (2004) 227.
• [10] Manoj Masanta, P. Ganesh, Rakesh Kaul, A.K. Nath, A. Roy Choudhury: Development of a hard nano-structured multi-component ceramic coating by laser cladding, Materials Science and Engineering A 508 (2009) 134.
• [11] Yuling Yang, Duo Zhang, Wei Yan, Yiran Zheng. Microstructure and wear properties of TiCN/Ti coatings on titanium alloy by laser cladding, Optics and Lasers in Engineering 48 (2010)119.
• [12] M. Alhammad, S. Esmaeili, E. Toyserkani: Surface modification of Ti-6Al-4V alloy using laser-assisted deposition of a Ti-Si compound, Surface & Coatings Technology 203 (2008) 1.
• [13] A. Miklaszewski, M.U. Jurczyk, K. Jurczyk, M. Jurczyk: Plasma surface modification of titanium by TiB precipitation for biomedical applications, Surface and Coatings Technology (SCT__16891) – accepted