Wpływ niskotemperaturowego procesu jarzeniowego azotowania i tlenoazotowania na mikrostrukturę i efekt pamięci kształtu stopów Ni-Ti

• Autorzy: Lelątko J. , Lekston Z. , Freitag M. , Wierzchoń T. , Goryczka T.

Warianty tytułu

EN

Influence of low temperature glow discharge nitriding and oxynitriding process on microstructure and shape memory effect in Ni-Ti alloy

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Stopy Ni-Ti wykazujące zjawisko pamięci kształtu i efekt nadsprężystości są stosowane na implanty oraz narzędzia medyczne. Pomimo dobrej biokompatybilności, szczególnie podczas średnio- i długotrwałego kontaktu z ludzką tkanką, istnieje niebezpieczeństwo wystąpienia niepożądanych skutków ubocznych. Dlatego w celu poprawy biokompatybilności powierzchnie implantów Ni-Ti są pasywowane. Poprawę właściwości wyrobów medycznych ze stopów Ni-Ti można również uzyskać przez pokrywanie ich powierzchni m.in. azotkami lub mieszaniną tlenków i azotków tytanu w procesie jarzeniowego azotowania i tlenoazotowania. Ponieważ wytworzenie warstwy wierzchniej tą metodą zachodzi w wysokiej temperaturze, istnieje możliwość wystąpienia zmian w mikrostrukturze stopów Ni-Ti mających wpływ na przebieg odwracalnej przemiany martenzytycznej odpowiedzialnej za zjawisko pamięci kształtu. W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu procesu jarzeniowego azotowania i tlenoazotowania na mikrostrukturę stopów Ni-Ti, kinetykę przemiany martenzytycznej, a także jednokierunkowy efekt pamięci kształtu i efekt nadsprężystości. Wykazano, że w trakcie procesu jarzeniowego prowadzonego w temperaturze powyżej 250°C w ciągu do 30 minut zachodzi proces wydzielania dyspersyjnych cząstek fazy Ni 4Ti3 mający pozytywny wpływ na zjawisko nadsprężystości. Równocześnie wytworzone przez cząstki pola naprężeń powodują zmianę charakteru przemiany martenzytycznej – jednostopniowa przemiana martenzytyczna przechodzi w przemianę dwustopniową z udziałem fazy R. Zmiany te nie wpływają jednak na wielkość jednokierunkowego efektu pamięci kształtu.

EN

Ni-Ti alloys with the shape memory effect and superelasticity effect are frequently used for implants and medical instruments. Apart from their good biocompatibility, the occurrence of side effects during medium and long term use still exist, which are related to contact with human tissue. In order to increase the corrosion resistivity of the Ni-Ti alloy, its surface is covered by layers of nitrides or a mixture of oxides and nitrides of titanium. Recently, the process of nitriding and oxynitriding has been carried out using the glow discharge technique. However, the deposition process needs to be conducted at an elevated temperature. An increase in processing temperature may cause changes in the microstructure of Ni-Ti alloys. It can have a negative effect on the reversible martensitic transformation, which is responsible for the shape memory phenomena The paper presents the results obtained from studies done on the influence of glow discharge nitriding and oxynitriding processes on the microstructure , kinetics of martensitic transformation, one-way shape memory effect and the superelasticity effect of Ni-Ti alloys. The results showed that during the glow discharge process carried out at a temperature above 250°C up to 30 minutes, the precipitation process of dispersive particles of the Ni 4Ti3 phase already starts and has a positive effect on the superelasticity phenomena. Moreover, the particles generated the stress field, which is a source of change in the martensitic transformation course: a single-stage martensitic transformation passes into a two-stage transformation with occurrence of the R-phase. These changes do not negatively affect the one-way shape memory effect.

Słowa kluczowe

PL

stopy Ni-Ti-Fe; efekt pamięci kształtu; azotowanie jarzeniowe

EN

Ni-Ti alloy; shape memory effect; glow discharge nitriding

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 4
• Strony: 256--259
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lelątko J.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Katowice, Poland

autor

Lekston Z.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Katowice, Poland

autor

Freitag M.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Katowice, Poland

autor

Wierzchoń T.

• Faculty of Materials Science and Engineering, Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland

autor

Goryczka T.

• Institute of Materials Science, University of Silesia, Katowice, Poland

Bibliografia

• [1] Yoneyama T., Miyazaki S.: Shape memory alloys for biomedical applications. Woodhead Publishing Ltd, Cambridge (2008).
• [2] Morawiec H., Lekston Z.: Implanty medyczne z pamięcią kształtu. Wyd. Politechniki Śląskiej (2010).
• [3] McKay G. C., Mac Macnair R., MacDonald C., Grant M. H.: Interactions of orthopaedic metals with an immortalized rat osteoblast cell line. Biomaterials 17 (1996) 1339÷1344.
• [4] Morawiec H., Lelatko J., Stergioudis G., Goryczka T., Winiarski A., Paczkowski P.: Surface characterisation of Ni-Ti shape memory alloy after passivation. Engineering of Biomaterials 37 (2004) 32÷35.
• [5] Shablovskaya S., Ryhänen J., Yahia L.: Bioperformance of nitinol: Surface tendencies. Materials Science Forum 394-395 (2002) 131÷138.
• [6] Firstov G. S., Vitchev R. G., Kumar H., Blanpain B., Van Humbeeck J.: Surface oxidation of Ni-Ti shape memory alloy. Biomaterials 23 (2002) 4863÷4871.
• [7] Starosvetsky D., Gotman I.: TiN coating improves the corrosion behavior of superelastic Ni-Ti surgical alloy. Surf. Coat. Technol. 148 (2001) 268÷276.
• [8] Lelatko J., Paczkowski P., Wierzchoń T., Morawiec H.: TEM studies of the nitrided Ni-Ti surface. J. Microscopy 223 (2006) 234÷236.
• [9] Fu Y., Wu X., Wang Y., Li B., Yang S.: Study of corrosion resistance property and microstructure of TiNi shape memory alloy modified by pulsed high-energy density plasma. App. Surf. Sci. 157 (2000) 167÷177.
• [10] Fyta M. G., Mathioudakis C., Kopidakis G., Kelires P. C.: Structure, stability, and stress properties of amorphous and nanostructured carbon films. Thin Solid Films 482 (2005) 56÷62.
• [11] Lelatko J., Goryczka T., Wierzchoń T., Ossowski M., Łosiewicz B., Rówiński E., Morawiec H.: Structure of low temperature nitrided/oxidized layer fordem on Ni-Ti shape memory alloy. Solid State Phenomena 163 (2010) 127÷130.
• [12] Lelatko J., Goryczka T., Wierzchoń T., Ossowski M., Łosiewicz B., Rówiński E., Morawiec H.: Badanie niskotemperaturowo azotowanych stopów Ni-Ti. Inżynieria Materiałowa 5 (171) (2009) 429÷43.
• [13] Bojarski Z., Morawiec H.: Metale z pamięcią kształtu. PWN, Warszawa (1989).
• [14] Stróż D.: Oddziaływanie zniekształceń sieciowych na przebieg przemiany martenzytycznej w stopach Ni-Ti. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice (2005).
• [15] Lekston Z.: Wpływ obróbki cieplnej na powierzchniowe utlenianie i przemiany fazowe tytanowo-niklowych implantów medycznych z pamięcią kształtu. Inżynieria Materiałowa 5 (2009) 441÷444.

Uwagi

PL

Praca wykonana i finansowana w ramach projektu N N507 230540 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki.