The influence of the glow discharge nitriding or oxynitriding process on the corrosion resistance of stainless steel orthodontic arch-wires

• Autorzy: Kamiński Janusz , Rębiś Janusz , Wierzchoń Tadeusz , Małkiewicz Konrad

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2020.3.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ procesów azotowania i tlenoazotowania jarzeniowego na odporność korozyjną stalowych drutów ortodontycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents comparative results of corrosion resistance tests on AISI304 steel orthodontic arch-wires, before and after low temperature plasma nitriding or oxynitriding, carried out at cathodic potential. Oxynitriding processes were carried out at different concentrations of air added. Corrosion resistance tests of diffusion surface layers were carried out via electrochemical impedance spectroscopy and the potentiodynamic method in non-deaerated artificial saliva solution at 37 °C. The results were complemented with analysis of the alloy’s structure and surface topography. They showed an increase in corrosion resistance of AISI304 steel after glow-discharge nitriding and oxynitriding. In addition, due to the considerable roughness of the initial material, the surface layers produced are susceptible to pitting corrosion. Increasing the concentration of air in a reactive atmosphere negatively affects the electrochemical homogeneity of the layer, which is not translated, due to the low concentration of chlorides in corrosion environment, to reducing the durability of the produced layers. This is evident in the values of breakdown potential (Enp) initiating pitting corrosion, which are comparable in all cases and amount to approx. 820 mV ± 30 mV, slightly exceeding (by approx. 100 mV) the breakdown potential of the initial material. Only in the case of the layer with the maximum oxygen addition, the presence of a transpassive area is observed within which the oxynitrided layer is redeveloped, resulting in the observed exfoliation process of the layer.

PL

W pracy przedstawiono wyniki porównawcze łuków ortodontycznych ze stali AISI304 w stanie wyjściowym oraz po obróbce azotowania lub tlenoazotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie, przeprowadzone na potencjale katody. Procesy tlenoazotowania prowadzono przy różnych stężenia dodatkowanego powietrza. Badania odporności na korozję warstw azotowanych lub tlenoazotowanych przeprowadzono metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) i metodą potencjodynamiczną w nieodpowietrzonym roztworze sztucznej śliny w 37 °C. Wyniki uzupełniono analizą struktury stopu oraz topografii powierzchni. Wyniki wykazały wzrost odporności na korozję po zastosowanych obróbkach jarzeniowych. Z uwagi na znaczną chropowatość materiału wyjściowego, wytworzone warstwy są podatne na korozję wżerową. Dodatkowo, wzrost stężenia powietrza w atmosferze reaktywnej, zwiększa niejednorodność elektrochemiczną warstwy obserwowaną w badaniach impedancyjnych. Nie powoduje to jednakże, z uwagi na niskie stężenie chlorków w roztworze, obniżenia trwałości wytworzonych warstw. Uwidacznia się to w wartościach potencjałów przebicia (Epit), które są porównywalne we wszystkich przypadkach i wynoszą ok. 820 mV ± 30 mV, nieznacznie przekraczając (o ok. 100 mV) potencjał przebicia materiału wyjściowego. Jedynie w przypadku warstwy z maksymalnym dodatkiem tlenu obserwuje się obecność obszaru transpasywnego, w obrębie którego, dochodzi do przebudowy warstwy tlenoazotowanej, skutkujące obserwowanym procesem łuszczenia się warstwy.

Słowa kluczowe

EN

stainless steel archwires; glow-discharge nitriding; oxynitriding; corrosion resistance; artificial saliva

PL

stalowe łuki ortodontyczne; azotowanie jarzeniowe; tlenoazotowanie jarzeniowe; sztuczna ślina; korozja

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 3
• Strony: 78--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kamiński Janusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, Warszawa

autor

Rębiś Janusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, Warszawa

autor

Wierzchoń Tadeusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, ul. Wołoska 141, Warszawa

autor

Małkiewicz Konrad

• Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Zakład Ortodoncji, ul. Pomorska 251, Łódź

Bibliografia

• [1] Borowski Tomasz., Bogusława Adamczyk-Cieślak, Agnieszka Brojanowska, Krzysztof Kulikowski, Tadeusz Wierzchoń. 2015. “Surface Modification of Austenitic Steel by Various Glow-Discharge Nitriding Methods”, Materials Science-Medziagotyra, 21 (3) : 376-381.
• [2] Borowski Tomasz, Jerzy Jeleńkowski, Marek Psoda, Tadeusz Wierzchoń. 2010. “Modifying the Structure of Glow Discharge Nitrided Layers Produced on High-nickel Chromium-less Steel with the Participation of an Athermal Martensitic Transformation”, Surface & Coatings Technology, 204 : 1375 – 1379.
• [3] Burakowski Tadeusz, Tadeusz Wierzchoń. 1999. Surface Engineering of Metals: Principles, Equipment, Technologies, Boca Raton/New York : CRC Press.
• [4] Chaturvedi T.P., S.N. Upadhyay. 2010. “An overview of orthodontic material degradation in oral cavity”, Indian Journal of Dental Research, 21 (2) : 275-284.
• [5] Chęcmanowski Jacek G., Jan Masalski, Tomasz Ogiński, Marcin Mikulewicz, Bogdan Szygieł. 2017. „Odporność korozyjna elementow aparatu ortodontycznego w roztworze Ringera”, Ochrona przed korozją, 60 (7) : 222-225.
• [6] Czarnowska Elżbieta, Tomasz Borowski, Agnieszka Sowińska, Jozef Lelątko, Justyna Oleksiak, Janusz Kamiński, Michał Tarnowski, Tadeusz Wierzchoń. 2015. “Structure and properties of nitrided surface layer produced on NiTi shape memory alloy by low temperature plasma nitriding”, Applied Surface Science, 334 (15) : 24–31.
• [7] Grygier Dominika, Victoria Hoppe, Anna Ziety, Małgorzata Rutkowska-Gorczyca. 2018. “Evaluation of the differentiation of structural and physicochemical properties of orthodontic wires of AISI304 stainless steel”, Engineering of Biomaterials, 146 : 8-13.
• [8] Al Jabbari Youssef S, Jennifer Fehrman, Ashley C. Barnes, Angela M. Zapf, Spiros Zinelis, David W. Berzins. 2012. “Titanium nitride and nitrogen ion implanted coated dental materials”, Coatings, 2 : 160-178.
• [9] Kamiński Janusz, Justyna Witkowska, Tomasz Płociński, Michał Tarnowski, Tadeusz Wierzchoń. 2018. “Structure and corrosion resistance of titanium oxide layers produced on NiTi alloy in low-temperature plasma”, International Journal of Materials Research, 109 (5) : 443-450.
• [10] Kamiński Janusz, Konrad Małkiewicz, Janusz Rębiś, Tadeusz Wierzchoń. 2020. “The effect of glow discharge nitriding on the corrosion resistance of stainless steel orthodontic arches in artificial saliva solution”, Archives of Metallurgy and Materials, 65 (1) : 375-384.
• [11] Małkiewicz Konrad, Mariola Sztogryn, Marcin Mikulewicz, Andrzej Wielgus, Janusz Kamiński, Tadeusz Wierzchoń. 2018. „Comparative assessment of the corrosion process of orthodontic archwires made of stainless steel, titanium–molybdenum and nickel–titanium alloys”, Archives of civil and mechanical engineering, 18 : 941 – 947.
• [12] Orazem Mark E., Bernard Tribollet. 2008. Electrochemical impedance spectroscopy, New Jersey: Wiley.
• [13] Palus Jadwiga, Konrad Rydzyński, Elżbieta Dziubałtowska, Kalina Wyszyńska, Adajapalan T. Natarajan, Robert Nilsson. 2003. “Genotoxic effects of occupational exposure to lead and cadmium,” Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis, 540 (1) : 19–28.
• [14] Skołek-Stefaniszyn Emilia, Janusz Kamiński, Jerzy Sobczak Tadeusz Wierzchoń. 2010. “Modifying the properties of AISI 316L steel by glow discharge assisted low-temperature nitriding and oxynitriding”, Vacuum, 85 (2) : 164-169.
• [15] Wataha John C., Jeanie L. Drury, Whasun O. Chung. 2013. “Nickel alloys in the oral environment”, Expert Review of Medical Devices, 4 (10) : 519-539.

Uwagi

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