Wpływ technologii wytwarzania wyrobów ze stopu Co28Cr6Mo na ich właściwości fizyczne, mechaniczne i odporność korozyjną

• Autorzy: Mróz A. , Jakubowicz J. , Gierzyńska-Dolna M. , Wiśniewski T. , Wendland J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.1.1

Warianty tytułu

EN

The effect of manufacturing technology of a Co28Cr6Mo alloy on physical and mechanical properties and corrosion resistance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Komponenty metalowe endoprotez stawów człowieka często są wykonywane ze stopów na osnowie kobaltu. Stopy te swoją popularność zawdzięczają dużej wytrzymałości doraźnej i zmęczeniowej, satysfakcjonującej odporności korozyjnej w środowisku płynów ustrojowych oraz, co najważniejsze, względnie największej odporności na zużycie tribologiczne w porównaniu z innymi biomateriałami metalowymi. Coraz większe wymagania stawiane biomateriałom skłaniają do ciągłego opracowywania nowych materiałów lub modyfikacji już istniejących. Podjęto więc badania mające na celu określenie wpływu wybranych innowacyjnych technologii wytwarzania na właściwości fizyczne, mechaniczne oraz odporność korozyjną stopu Co28Cr6Mo. Próbki do badań wytworzono z zastosowaniem technologii selektywnego przetapiania laserowego oraz iskrowego spiekania plazmowego. Jako materiał odniesienia zastosowano próbki referencyjne, które wytworzono ze stopu po procesie kucia ASTM F1537 LC. Niezależnie od zastosowanej technologii w mikrostrukturze stopu dochodziło do przemiany fazowej γ-Co → ε-Co. Przemiana była najbardziej intensywna w przypadku próbek otrzymanych za pomocą selektywnego przetapiania laserowego. Świadczy o tym zwiększenie twardości stopu kosztem zmniejszonej odporności na kruche pękanie. Badania potencjodynamiczne wykazały, że najmniejszą odpornością korozyjną charakteryzowały się próbki wytworzone z zastosowaniem technologii iskrowego spiekania plazmowego. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie wymienionych technologii w procesie wytwarzania metalowych komponentów endoprotez jest możliwe.

EN

Metalic components of human joint endoprostheses are most often made of cobalt alloys. Those alloys owe their popularity to high tensil and fatigue strength, good corrosive resistance in the human body fluid environment and, most importantly, relatively high resistance to tribological wear in comparison to other metalic biomaterials. Even more stringent requirements for biomaterials necessitate permanent preparation of new materials or modification of the existing ones. The survey at determination of the influence of selected innovative technologies of production on physical and mechanical properties as well as corrosion resistance of Co28Cr6Mo alloy has been proposed. The samples were made with the use of selective laser melting and spark plasma sintering technologies. As a reference material the forged ASTM F1537 LC alloy was used. Regardless of the applied technologies phase transformation γ-Co → ε-Co were occurred in alloy microstructure. The transformation was most intense for samples which have been made using the selective laser melting technology. It was demonstrated by the increased hardness at the cost of decreased fracture toughness. Potentiodynamic tests show that the samples made with the use of spark plasma sintering technology were characterized by the lowest corrosion resistance. The survey which has been done show that the application of the above-mentioned technologies in manufacturing process of metallic endoprosthesis components is possible.

Słowa kluczowe

PL

stop Co28Cr6Mo; selektywne przetapianie laserowe; iskrowe spiekanie plazmowe

EN

Co28Cr6Mo alloy; selective laser melting; spark plasma sintering

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 1
• Strony: 2--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mróz A.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Kształtowania, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań

autor

Jakubowicz J.

• Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Poznańska

autor

Gierzyńska-Dolna M.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Kształtowania, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań

autor

Wiśniewski T.

• Zakład Zaawansowanych Technologii Kształtowania, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań

autor

Wendland J.

• Zakład Badania Metali, Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań

Bibliografia

• [1] Hallab N., Link H. D., McAfee P. C.: Biomaterial optimization in total disc arthroplasty. Spine 20 (28) (2003) 139÷152.
• [2] Taksali S., Grauer J. N., Vaccaro A. R.: Material considerations for intervertebral disc replacement implants. The Spine Journal 4 (2004) 231÷238.
• [3] Benzel E. C.: Spine surgery. Techniques, comlication avoidance, and menagment. Second Edition, Vol. 2; Elsevier, Inc. Philadelphia (2005).
• [4] Jurczyk M., Jakubowicz J.: Bionanomateriały, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań (2008).
• [5] Gierzyńska-Dolna M.: Biotribologia. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa (2002).
• [6] Gierzyńska-Dolna M., Lijewski M., Mróz A., Brytsko A., Anosov V.: Tribological examination of lumbar intervertebral disc implants. Journal of Friction and Wear 34 (2013) 253÷261.
• [7] Będziński R., Biomechanika inżynierska. Zagadnienia wybrane. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej,Wrocław (1997).
• [8] Zijlstra W. P., Bos N., Van Raaij J. J.: Large head metal-on-metal cementless total hip arthroplasty versus 28 mm metal-on-polyethylene cementless total hip arthroplasty: design of a randomized controlled trial. BMC Musculoskelet Disord. 9 (2008) 136.
• [9] Hodgson A., Kurz S., Virtanen S., Ferval V., Olsson C., Mischler S.: Passive and transpassive behaviour of CoCrMo in simulated biological solution. Electrochemica Acta 49 (2004) 2167÷2178.
• [10] Jakubowicz J., Adamek G.: Preparation and properties of mechanically alloyed and electrochemically etched porous Ti-6Al-4V. Electrochemistry Communications 11 (2009) 1772÷1775.
• [11] Turkan U., Ozturk O., Eroglu A. E.: Metal ion relese from tin coated CoCrMo orhopedic implant material. Surfach & Coatings Technology 200 (2006) 1520÷1527.
• [12] Mua D., Shen B. L., Oxidation resistance of boronized CoCrMo alloy. Int. Journal of Refractory Metals & Hard Materials 28 (2010) 424÷428.
• [13] Takaichi A., Nakamoto T., Joko N. et al.: Microstructures and mechanical properties of Co-29Cr-6Mo alloy fabricated by selective laser melting process for dental applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 21 (2013) 67÷76.
• [14] Chiba A., Kumagai K., Nomura N., Miyakawa S.: Pin-on-disk wear behavior in a like-on-like configuration in a biological environment of high carbon cast and low carbon forged Co-29Cr-6Mo alloys. Acta Materialia 55 (2007) 1309÷1318.
• [15] Henriques B. Soares D., Silva F. S.: Microstructure, hardness, corrosion resistance and porcelain shear bond strength comparison between cast and hot pressed CoCrMo alloy for metal–ceramic dental restorations. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials 12 (2012) 83÷92.
• [16] Lee S., Takahashi E., Nomura N., Chiba A.: Effect of carbon addition on microstructure and mechanical properties of a wrought Co–Cr–Mo implant alloy. Materials Transactions 47 (2) (2006) 287÷290.
• [17] Borsuk-Nastaj B., Młynarski M.: Zastosowanie technologii selektywnego topienia laserem (SLM) w wykonawstwie stałych uzupełnień protetycznych. Protet. Stomatol. 62 (3) (2012) 203÷210.
• [18] Santos E. C., Shiomi M., Osakada K., Laoui T.: Rapid manufacturing of metal components by laser forming. International Journal of Machine Tools & Manufacture 46 (2006) 1459÷1468.
• [19] Song B., Dong S., Zhang B., Liao H., Coddet C.: Effects of processing parameters on microstructure and mechanical property of selective laser melted Ti6Al4V. Materials and Design 35 (2012) 120÷125.
• [20] Garbiec D., Rybak T., Hejduk F., Janczak M.: Nowoczesne urządzenie do iskrowego spiekania plazmowego proszków SPS HP D 25 w Instytucie Obróbki Plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali 23 (3) (2011) 221÷225.
• [21] Ibrahim A., Zhang F., Otterstein E., Burkel E.: Processing of porous Ti and Ti5Mn foams by spark plasma sintering. Materials and Design 32 (2011) 146÷153.
• [22] De Beer N., Scheffer C.: Reducing subsidence risk by using rapid manufactured patient-specific intervertebral disc implants. The Spine Journal 12 (11) (2012) 1060÷1066.
• [23] Facchini L., Magalini E., Robotti P., Molinari A.: Mechanical and microstructural characterization of ASTM F75 alloy produced by laser melting. Journal of Biomechanics 41 (2008) 234