Modyfikacja powierzchni stopu Ti-6Al-7Nb w procesie utleniania izotermicznego

• Autorzy: Mierzwa M. , Aniołek K. , Kupka M.

Warianty tytułu

EN

Surface modification of A Ti-6Al-7Nb alloy by thermal oxidation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było określenie zmian struktury stopu tytanu podczas izotermicznego utleniania. Badano stop Ti-6Al-7Nb w stanie wyjściowym i po utlenianiu w zakresie temperatury 500-800 °C, w czasie do 72 h. Opisano kinetykę utleniania stopu oraz skład fazowy i morfologię powierzchni tworzącej się zgorzeliny. W temperaturze utleniania 700 i 800 °C proces utleniania miał przebieg paraboliczny. Skład fazowy warstw tlenkowych był złożony i zmieniał się wraz z temperaturą utleniania, przy czym przeważająca fazą był rutyl. Ciągłą i równomierną warstwę zgorzeliny otrzymano w wyniku utleniania w temperaturze 700 i 800 °C.

EN

Titanium and its alloys are nowadays the most prospective engineering materials and biomedical materials. Despite its advantages,titanium alloys are characterized by low resistance to abrasive wear. One of the most effective methods of the surface engineering for improving the properties of the surface layer on titanium and its alloys is the isothermal oxidation.Changes in the structure and properties of the surface layer can influence in a wide range on processes occurring on the surface of titanium and its alloys. The aim of the study was defining the changes in the structure of titanium alloy during isothermal oxidation. The alloy Ti-6Al-7Nb (before and after oxidation in 500-800 °C for up to 72 hours) was examined.Then, the kinetics of oxidation, phase composition and morphology of the surface were described. At 700 and 800 °C the oxidation process had a parabolic course. The highest weight gain was observed at 800 °C. It was more than twice higher than that obtained at 700 °C in the same time interval. It has been proven that the intensity of the weight gain goes up with temperature and time of oxidation. The morphology of the obtained oxide layer structure was tested in a scanning electron microscope. The layer formed at 600 °C did not cover the whole surface of the sample. Along with the increase of annealing temperature the continuity of the oxide layer also increased. After oxidation at 800 °C the surface of the oxide layer was more developed. For identifying the phases occurring in the obtained oxide layers the phase composition was tested using X-ray diffractometer. The phase analysis revealed that after oxidation at 600 °C four phases were formed: TiO2 as anatase and rutile, NbO, and α-titanium. After oxidation at 700 °C there were detected two phases: TiO2 as rutile and α-titaniu while after oxidation at 800 °C revealed the presence of three phases: TiO2 as rutile, α-Al2O3 and α-Ti. The phase composition of oxide layers was complex and varied with the temperature of the oxidation, but the vast majority of it was dominated by the rutile. It turned out that the oxidation at 700 and 800 °C during 72 h was very effective treatment method because the layer — compact crystalline layer of TiO2 as rutile and a mixture of rutile and stable α-Al2O3 was obtained.

Słowa kluczowe

PL

stopy tytanu; izotermiczne utlenianie; warstwy tlenkowe

EN

titanium alloys; isothermal oxidation; oxide layers

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne Recykling
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 59, nr 6
• Strony: 279--284
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mierzwa M.

• Śląski, Instytut Nauki o Materiałach, Chorzów

autor

Aniołek K.

• Śląski, Instytut Nauki o Materiałach, Chorzów

autor

Kupka M.

• Śląski, Instytut Nauki o Materiałach, Chorzów

Bibliografia

• 1. Wierzchoń T., Czarnowska E., Krupa D.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytanowych. Oficyna Wydaw. Polit. Warszawskiej. Warszawa 2004.
• 2. Mierzwa M.: Versatile applications of titanium including the medical aspects. Management Systems in Production Engineering. Scientific and Technical Quarterly. 2013, t. 12, nr 4, s. 15-19.
• 3. Borgioli F., Galvanetto E., Iozzelli F., Pradelli G.: Improvement o f w ear r esistance o f T i-6Al-4V alloy by means of thermal oxidation. Materials Letters 2005, nr 59, s. 2159-2162.
• 4. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Effect of thermal oxidation on corrosion and corrosion–wear b ehaviour o f a T i-6Al-4V alloy. Biomaterials 2004, nr 25, s. 3325-3333.
• 5. Guleryuz H., Cimenoglu H.: Oxidation of Ti-6Al-4V alloy. Journal of Alloys and Compounds 2009, nr 472, s. 241-246.
• 6. Brunette D. M., Tengvall P., Textor M., Thomsen P.: Titanium in medicine, Heidelberg: Springer, 2001.
• 7. Donachie M. J.: Titanium: a technical guide. Materials Park, OH: ASM International, 1989.
• 8. Gilbert J. L., Buckley C. A., Lautenschlager E. P.: Titanium oxide film fracture and repassivation: The effect of potential, pH and aeration. In: Brown S.A., Lemons J.E., editors. Medical applications of titanium and its alloys: the material and biological issues, ASTM STP 1272. Philadelphia: ASTM; 1996, s. 199-214.
• 9. Long M., Rack H. J.: Titanium alloys in total joint replacement a material science perspective, Biomaterials 1998, nr 19, s. 1621-1639.
• 10. Sul Y-T., Johansson C. B., Leong Y., Albrektsson T.: The electrochemical oxide growth behaviour on titanium in acid and alkaline electrolytes, Medical engineering & Physics 2001, nr 23, s. 329-346.
• 11. Biel M.: Mikrostruktura i właściwości biomateriałów tytanowych po obróbce powierzchniowej, AGH, Kraków 2006 [praca doktor.].
• 12. Onyszkiewicz E., Opiekun Z., Orłowicz W.: Modyfikacja warstwy wierzchniej stopu tytanu α+β, skoncentrowany źródłem energii. Krzepnięcie Metali i Stopów 1997, nr 30, s. 179-184.
• 13. Filip R., Sieniawski J.: Mikrostruktura i właściwości użytkowe warstwy wierzchniej stopu tytanu Ti-6Al-4V kształtowanej metodą stopowania laserowego, Inżynieria Materiałowa 2006, nr 3, s. 383-386.
• 14. Li J., Sun M., Ma X.: Structural characterization of titanium oxide layers prepared by plasma based ion implantation with oxygen on Ti6Al4V alloy, Appl. Surf. Sci. 2006, nr 252, s. 7503-7508.
• 15. Krasicka-Cydzik E.: Formowanie cienkich warstw anodowych na tytanie i jego implantowych stopach w środowisku kwasu fosforowego. Monografia, UZ, Zielona Góra 2003.
• 16. Biswas A., Majumdar J. D.: Surface characterization and mechanical property evaluation of thermally oxidized Ti-6Al-4V, Mater. Characterization 2009, nr 60, s. 523-518.
• 17. Shida Y., Anada H.: Oxid. Met. 1996, nr 45, s. 197-219.
• 18. Jiang H., Hirohasi M., Imanari H.: Effect of Nb on the high temperature oxidation of Ti-(0-50 at.%)Al, Scripta Mater. 2002, nr 46, s. 639-643.
• 19. Gryorgy E., Del Pino A.P., Sauthier G. Figuares A., Alsina F., Pascual J., J. Phys. D: Appl. Phys. 2007, nr 40, s. 5246-5251.
• 20. Liu X., Chu P.K., Ding C.: Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications. Mater. Sci. Eng. Rep. 2004, nr 47, s. 49-121.