Properties of CrN and CrN/DLC Coatings in Tribological Systems Lubricated with Artificial Saliva

• Autorzy: Radoń-Kobus Krystyna , Madej Monika

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0792

Warianty tytułu

PL

Właściwości powłok CrN i CrN/DLC w systemach tribologicznych smarowanych sztuczną śliną

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper investigates the effect of CrN and CrN/DLC coatings deposited using the PACVD technique on the tribological and mechanical properties of 316L stainless steel. The hardness of the coatings and 316L steel was determined using the instrumental indentation method. Tribological tests were performed on a TRB3 tribometer in a rotating ball-on-disc configuration. Al₂O₃ balls were used as countersamples. The tests were performed under dry friction conditions and under lubrication with artificial saliva at pH 5.2 at a temperature of 39°C simulating inflammation. A scanning microscope was used to measure the thickness of the coatings, and a confocal microscope was used to study the geometric structure of the surface before and after the tribological tests. The wetting angle was measured using an optical tensiometer. The use of CrN and CrN/DLC coatings reduced the coefficient of friction by 10% and 85%, respectively, for technically dry friction and by 44% and 82% for friction with artificial saliva lubrication. The test results indicate good cooperation of the CrN and CrN/DLC coatings with the lubricant used

PL

W pracy zbadano wpływ powłok CrN oraz CrN/DLC osadzonych techniką PACVD na właściwości tribologiczne oraz mechaniczne stali nierdzewnej 316L. Twardość powłok oraz stali 316L określono metodą instrumentalnej indentacji. Testy tribologiczne przeprowadzono na tribometrze TRB3 w ruchu obrotowym w skojarzeniu kula-tarcza. Jako przeciwpróbki użyto kulek z Al₂O₃. Testy przeprowadzono w warunkach tarcia technicznie suchego oraz ze smarowaniem sztuczną śliną o pH 5,2 w temperaturze 39°C symulującej stan zapalny. Mikroskop skaningowy posłużył do badań grubości powłok, a mikroskop konfokalny wykorzystano do badań struktury geometrycznej powierzchni przed i po testach tribologicznych. Za pomocą tensjometru optycznego zbadano kąt zwilżania. Zastosowanie powłok CrN oraz CrN/DLC wpłynęło na obniżenie wartości współczynnika tarcia odpowiednio o 10% i 85% dla tarcia technicznie suchego oraz o 44% i 82% dla tarcia ze smarowaniem sztuczną śliną. Wyniki badań wskazały na dobrą współpracę powłoki CrN oraz CrN/DLC z użytym środkiem smarowym.

Słowa kluczowe

EN

diamond-like coating; CrN coating; artificial saliva; tribology

PL

powłoka diamentopodobna; powłoka CrN; sztuczna ślina; tribologia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 1
• Strony: 37--46
• Opis fizyczny: Bbibliogr. 33 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Radoń-Kobus Krystyna

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3959-9113

autor

Madej Monika

• Kielce University of Technology, Faculty of Mechatronics and Mechanical Engineering, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9892-9181

Bibliografia

• 1. Paszenda Z., Tyrlik-Held J.: Instrumentarium chirurgiczne, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2003.
• 2. Biomaterials Consensus Conference at the National Institute of Health, Clinical Applications of Biomaterials. In NIH Consens Statement, 1982.
• 3. Bociąga D., Mitura K.: Biomedical effect of tissue contact with metallic material used for body piercing modified by DLC coatings, Diamond and Related Materials, 17, 2008 (7–10), pp. 1410–1415.
• 4. Jastrzębski K., Jastrzębska A., Bociąga D.: A review of mechanical properties of Diamond-Like Carbon coatings with various dopants as candidates for biomedical applications, Acta Innovations, 22, 2017 (40), pp. 40–57.
• 5. Piotrowska K., Madej M., Baranowicz P., Wysokińska-Miszczuk J.: The influence of diamond-like coatings on the properties of titanium, Materials Research Proceedings, 5, 2018, pp. 84–89.
• 6. Poręba M., Reichert M., Sieniawski J., Zawadzka P.: Ocena powłoki diamentopodobnej wytworzonej na podłożu nadstopu niklu IN718 w procesach CVD wspomaganych plazmą wyładowania jarzeniowego, Inżynieria Materiałowa, 35, 2014 (4), pp. 295–298.
• 7. Watanabe M., Liu L., Ichikawa T.: Are allergy-induced implants failures actually hypersensitive reactions to titanium? A literature review, Dentistry Journal, 11, 2023 (11), p. 263.
• 8. Grabowska M.: Allergic reactions to titanium used in prosthodontics – review of literature, Sztuka Implantologii, 16, 2021 (2), pp. 124–127.
• 9. Malik S. et al.: Emerging applications of nanotechnology in dentistry, Dentistry Journal, 11, 2023 (11), p. 266.
• 10. Sreenivasalu P. K. P.: Nanomaterials in dentistry: current applications and figurę scope, Nanomaterials, 12, 2022 (10), p. 1676.
• 11. Komorowski P. et al.: Comprehensive biological evaluation of biomaterials used in spinał and orthopedic surgery, Materials, 13, 2020 (21), p. 4769.
• 12. Wysokińska-Miszczuk J., Piotrowska K., Paulo M., Madej M.: Composite materials used for dental filling, Materials, 17, 2024 (19), p. 4936.
• 13. Leszczyński P., Pawlak-Buś K.: Choroba zwyrodnieniowa stawów – epidemia XXI wieku, Farmacja współczesna, 1, 2008, pp. 79–87.
• 14. Stanek-Misiąg E., Gądek A.: Czy endoprotezy szyte na miarę są lepsze od standardowych? https://www.mp.pl/pacjent/ortopedia/wywiady/218206,czy-endoprotezy-szyte-na-miare-sa-lepsze-odstandardowych [dostęp: 7.11.2024].
• 15. Raport z ilości wszczepionych endoprotez różnych stawów za rok 2022 www.nfz.gov.pl [dostęp: 8.11.2024].
• 16. Zasińska K., Piątkowska A.: The evaluation of the abrasive wear of the Ti13Nb13Zr alloy implanted by nitrogen ions for friction components of the hip join endoprostheses, Tribologia, 6, 2015 (264),pp. 175–186.
• 17. Zasińska K., Seramak T., Łubiński J.: Comparison of the abrasion resistance of the selected biomaterials for friction components in orthopedice endoprostheses, Tribologia, 6, 2015 (264), pp. 187–198.
• 18. Kręcisz B., Chomiczewska-Skóra D., Pałczyński C., Kieć-Świerczyńska M.: Uczulenie na metale a implanty medyczne, Alergia, 4, 2012, pp. 1–6.
• 19. Pritchett J.: Adverse reaction to metal debris: metallosis of the resurfaced hip, Current Orthopaedic Practice, 23, 2012 (1), pp. 50–58.
• 20. Marcinak J.: Biomateriały w chirurgii kostnej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2002.
• 21. Muley S., Vidvans A. N., Chaudhari G. P., Udainiya S.: An assessment of ultra fine grained 316L stainless steel for implant application, Acta Biomaterialia, 30, 2016, pp. 408–419.
• 22. Sieczka Ł., Bohatyrewicz A., Pituch S.: Protheses of the hip arthroplasty yesterday and today, Rheumatology Forum, 3, 2017, pp. 216–221.
• 23. What is surgical steel? The role of stainless in healthcare, https://www.essentracomponents.com/en-gb/news/industries/medical-equipment/what-is-surgical-steel-the-role-of-stainless-in-healthcare [dostęp: 8.11.2024].
• 24. Dobrzański L .A.: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo, WNT, Warszawa, 2006.
• 25. Dobrzański L .A.: Metaloznawstwo opisowe stopów żelaza, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2007.
• 26. Gierzyńska-Dolna M. Lijewski M.: Application of titanium and its alloy in biomedical engineering, Inżynieria Materiałowa, 33, 2012 (4), pp. 315–318.
• 27. Piotrowska K., Madej M., Ozimina D.: Assessment of the Functional Properties of 316L Steel Alloy Subjected to Ion Implantation Used in Biotribological Systems, Materials, 14, 2021 (19), p. 5525.
• 28. Wang W. et al.: Effects of Titanium-implanted dose on the tribological properties of 316L stainless steel, Materials, 14, 2021 (6), p. 1482.
• 29. Hussein M. A. et al.: Mechanical, biocorrosion and antibacterial properties of nanocrystalline TiN coating for orthopedic applications, Ceramics International, 46, 2020 (11), pp. 18573–18583.
• 30. Radoń-Kobus K., Madej M.: Properties of Al2O3 ceramic coatings applied by ALD method on 100Cr6 steel, Tribologia, 2, 2022, pp. 45–53.
• 31. Radoń-Kobus K., Madej M.: Properties of TiO2 coatings applied by Atomic Layer Deposition on 100Cr6 steel, Metalurgija, 61, 2022 (3–4), pp. 657–660.
• 32. Rajan S. T., Subramanian B., Arockiarajan A.: A comprehensive review on biocompatibile thin films for biomedical application, Ceramics International, 48, 2022 (4), pp. 4377–4400.
• 33. Niemczewska-Wójcik M.: Struktura geometryczna powierzchni ukonstytuowana w procesie obróbki elektroerozyjnej, Tribologia, 5, 2010, pp. 63–74.