Nanoindentation tests titanium alloy Ti-6Al-4V after interference laser treatment

• Autorzy: Jażdżewska Magdalena , Trochonowska Dominika B. , Bartmański Michał

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2020.4.1

Warianty tytułu

PL

Badania nanoindentacji stopu tytanu Ti-6Al-4V po interferencyjnej obróbce laserowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study aimed was to assess selected mechanical properties of surface layers obtained after interference laser treatment – DLIL of titanium alloy Ti-6Al-4V used for implants. The samples were melted in still air at room temperature, for this purpose Nd:YAG laser was used, the number of laser shots was variable. Next, nanoindentation tests were performed, based on which Young’s modulus and nanohardness in the obtained surface layers were determined. An increase in nanohardness is observed in the surface layers after laser melting. An increase in the modulus of elasticity and higher hardness was observed for both the first and second areas on the sample surface. In the case of a sample for which three laser beam shots were used, hardness and Young’s modulus almost doubled. On the basis of the obtained results, it was found that the modified Ti-6Al-4V alloy can be used as an implant material, and the proposed method of modifying its surface may extend the life of such implants and improve their frictional properties.

PL

Celem pracy była ocena wybranych właściwości mechanicznych warstw powierzchniowych otrzymanych po laserowej obróbce interferencyjnej – DLIL stopu tytanu Ti-6Al-4V stosowanego na implanty. Próbki nadtopiono w spokojnym powietrzu w temperaturze pokojowej, w tym celu wykorzystano laser Nd:YAG, ilość strzałów lasera była zmienna. Następnie wykonano badania nanoindentacji, na podstawie których określono moduł Younga oraz nanotwardość w otrzymanych warstwach powierzchniowych. Obserwowano wzrost nanotwardości warstw powierzchniowych po obróbce laserowej. Zaobserwowano wzrost modułu sprężystości i większą twardość zarówno dla pierwszego, jak i drugiego obszaru na powierzchni próbki. W przypadku próbki, dla której zastosowano trzy strzały wiązki laserowej, twardość i moduł Younga wzrosły prawie dwukrotnie. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że zmodyfikowany stop Ti-6Al-4V może być stosowany jako materiał implantologiczny, a proponowana metoda modyfikacji jego powierzchni może wpływać na wydłużenie żywotności takich implantów oraz poprawiać ich właściwości cierne.

Słowa kluczowe

EN

Ti-6Al-4V alloy; interference laser treatment; nanoindentation

PL

stop Ti-6Al-4V; interferencyjna obróbka laserowa; nanoindentacja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 41, nr 4
• Strony: 9--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jażdżewska Magdalena

• Gdansk University of Technology, Gdańsk

autor

Trochonowska Dominika B.

• Gdansk University of Technology, Gdańsk

autor

Bartmański Michał

• Gdansk University of Technology, Gdańsk

Bibliografia

• [1] Ashby M., Shercliff H., Cebon D.: Materials engineering, science, processing and design. Elsevier Ltd., Cambridge (2010) 2.
• [2] Głowacka M., Łabanowski J.: Inżynieria powierzchni. Wybrane zagadnienia. Wydawnictwo Państwowej Wyższej Szkoły Zawodowej w Elblągu, Elbląg (2014).
• [3] Chorzelska M., Jażdżewska M.: Utlenianie anodowe biostopu Ti6Al4V w aspekcie jego zastosowań w implantacji. Inżynier i Fizyk Medyczny 5 (7) (2018) 317–319.
• [4] Biernat J.F.: Materiałoznawstwo. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk (2014).
• [5] Czyż K., Strzelec M., Marczak J., Rycyk A., Sarzyński A., Major R., Patron Z., Jach K., Świerczyński R., Wachulak P., Garbacz H.: Bezpośrednia laserowa litografia interferencyjna w periodycznej obróbce biomateriałów. Biuletyn WAT 4 (LXV) (2016) 31–53.
• [6] Czyż K., Major R., Trembacka-Wójciga K., Rycyk A., Sarzyński A., Strzelec M., Marczak J.: Periodyczne strukturowanie powierzchni wybranych materiałów biozgodnych. Przegląd Elektrotechniczny 5 (91) (2015) 49–52.
• [7] Welsch G., Rodney B., Collings E.W.: Materials properties handbook. Titanium alloys. ASM International (1993) 8.
• [8] Kurzydłowski K., Lewandowska M.: Nanomateriały inżynierskie konstrukcyjne i inżynierskie. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (2010) 9.
• [9] Majkowska B., Jażdżewska M., Zieliński A., Antoszkiewidz M., Marczak J., Sarzyński A., Strzelec M., Rycyk A., Czyż K.: Influence of laser interference micromachining of Ti13Nb13Zr bio-alloy on adhesion of hydroxyapatite coatings. Symposium R.: Bioceramics for Bone and Joint Repair. Warszawa (2014).
• [10] Oliver W.C., Pharr G.M.: Measurement of hardness and elastic modulus by instrument indentation. Advances in under standing and refinements to methodology. Journal of Materials Research 19 (2004) 3–20.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).