Dotychczasowe badania powierzchni wszczepów tytanowych dla chirurgii kostnej wykazały, że osteointegracja na powierzchniach rozwiniętych jest znacznie szybsza niż na powierzchniach gładkich, co za tym idzie chropowatość powierzchni implantu ma bardzo duży wpływ na adhezję składników środowiska biologicznego. W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań dotyczące wpływu chropowatości powierzchni stopu Ti13Nb13Zr o bardzo małym module Younga na budowę wytworzonej powłoki hydroksyapatytowej. Próbki z biostopu tytanu poddano obróbce laserowej za pomocą lasera Nd:YAG firmy Trumph o średniej mocy 150 W w celu zmiany geometrii powierzchni. Na tak przygotowanym podłożu wytwarzano powłoki hydroksyapatytowe metodą elektroforezy, stosując 0,5 i 1,0 g stężenie proszku HAp na 100 ml alkoholu etylowego. Osadzanie katodowe prowadzono przy napięciu 10 i 50 V przez 5 i 10 min. Po przeprowadzonej obróbce laserowej i wytworzeniu powłok HAp mierzono profil chropowatości powierzchni i prowadzono obserwacje za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego.
EN
So far research of the surfaces of titanium implants in bone surgery demonstrate that osteointegration on rough surface is much faster than on smooth ones. The roughness of implant surface influences then the adhesion of components of biological environment. In this paper the preliminary research results made on the Ti13Nb13Zr alloy treated with pulse laser and coated with hydroxyapatite are presented. The aim of the research was to determine the influence of effect of laser treatment and HAp deposition parameters on structure of the hydroxyapatite coating. The laser treatment was carried with the pulse Nd:YAG laser (Trumph) of the 150 W average power in order to change the surface geometry. Next the HAp coatings were deposited by electrophoretic method using the suspension of 0.5 or 1.0 g of HAp powder in 100 ml ethanol. The deposition was made at 10 V and 50 V for 5 and 10 min. The surface roughness profiles and microscopic examinations were performed after laser treatment and HAp deposition.
The purpose of this paper is to show results of laser treatment at cryogenic conditions of the Ti6Al4V alloy used for orthopedic applications. That modification process ought to bring beneficial changes of microstructure and residual stresses in the surface layer. The paper presents the abrasive wear of the base and laser remelted material in association with ceramics Al2O3. Despite the surface cracking after laser treatment the tribological properties in simulated body fluid have been substantially improved.
PL
Celem artykułu jest pokazanie rezultatów obróbki laserowej w warunkach kriogenicznych stopu Ti6Al4V używanego w aplikacjach ortopedycznych. Tego rodzaju proces modyfikacji powinien przynieść korzystne zmiany w mikrostrukturze i naprężeniach własnych warstwy wierzchniej. Artykuł prezentuje badania odporności na zużycie ścierne materiału podstawowego i nadtopionego laserowo w skojarzeniu z ceramiką Al2O3. Pomimo pęknięć na powierzchni materiału po obróbce laserowej własności tribologiczne badane w roztworze symulującym płyn ustrojowy zostały znacznie ulepszone.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: Purpose of this paper is presentation of observations on different kinds of wear and tear of biomaterials used in contemporary orthopaedic surgery. Design/methodology/approach: Types of prosthesis damage, encountered in medical practice, and their causes have been described. Results of many clinical studies were analysed to review prosthesis damage from the stage of implanting (such as intrusion of a foreign object between its components) to their natural wear and tear after many years of use (abrasive wear, biological corrosion). Findings: It has been shown that prostheses heads may also succumb to quick wear and tear despite being made of harder and more durable materials than sockets. Research limitations/implications: Clinical and laboratory of defective implants discover the reasons of damage, but they are time consuming. There are also difficulties in obtaining objects for research. Originality/value: The research has helped to systematise the knowledge on the mechanisms of wear and damage of endoprostheses, which is vital for improvement of their life cycle.
Najczęściej stosowanym biomateriałem tytanowym na elementy endoprotez stawu kolanowego jest stop Ti6Al4V. Ze względu na zawartość wanadu, zaliczanego do pierwiastków o dużej toksyczności, są podejmowane działania w kierunku zastąpienia tego stopu stopami bezwanadowymi. Jednym z najbardziej obiecujących jest stop Ti13Nb13Zr zawierający w swoim składzie jedynie pierwiastki witalne, niewywołujące stanów zapalnych i odczynów alergicznych. W artykule zaprezentowano wyniki badań odporności na zużycie ścierne stopów tytanu: Ti6Al4V (powszechnie stosowanego) i Til3Nbl3Zr (stopu nowej generacji) w skojarzeniu z polietylenem (PE-UHMW) predysponowanych na elementy pary trącej w endoprotezie kolanowej. Otrzymane wyniki przeanalizowano pod kątem możliwości zastosowania stopu tytanu nowej generacji na komponenty tej endoprotezy. Próby odporności na zużycie ścierne wybranych par ciernych przeprowadzono z wykorzystaniem tribometru PT-3 w środowisku cieczy symulującej płyn ustrojowy - roztworu Ringera. Zastosowano obciążenie rzędu 2 kN przy prędkości obrotowej próbek tytanowych 30 obr/min przez 1 lub 2 godziny. Zużycie ścierne w parze trącej Ti13Nb13Zr-PE-UHMW jest mniej sze niż w przypadku pary Ti6Al4V-PE-UHMW i to zarówno globalnie w odniesieniu do całego skojarzenia, jak i w odniesieniu do pojedynczych próbek. Udział produktów zużycia w strefie tarcia także jest większy w przypadku skojarzenia Ti6Al4V-PE-UHMW. Produkty te, przemieszczając się pomiędzy współpracującymi materiałami, działają jak ścierniwo, intensyfikując procesy zużycia ściernego. Średni ubytek masy określany na podstawie metody wagowej próbki Z Ti6Al4V wyniósł 0,00177 g, a Ti13Nb13Zr 0,00062 g. W przypadku próbek UHMW-PE współpracujących Z Ti6Al4V ubytek wynosił 0,0043 g, a dla skojarzonych Z Ti13Nb13Zr 0,00234 g. Badania struktury geometrycznej powierzchni próbek roboczych z rejestracją zmian chropowatości Ra wykazały większe zużycie po stronie próbek ze stopu Ti6Al4V, dla których mimo mniej szych, początkowych wartości Ra, końcowa, uśredniona wartość była równa 0,53 um. Dla próbek Ti13Nb13Zr wyniosła ona 0,43 um. W przypadku próbek UHMW-PE współpracujących z Ti6Al4V to 0,85 um, a dla skojarzonych Z Ti13Nb13Zr 0,61 um.
EN
The Ti6Al4V alloy is commonly used titanium biomaterial in elements of knee joint endoprosthesis. Taking into consideration the content of vanadium, which is ranked as the element ofhigh toxicity, there are taken efforts to substitute this alloy with non-vanadium alloys. One of the most promising is Ti13Nb13Zr alloy. It contains only vital elements which do not cause infiammations or allergic reactions. The paper presents research results of resistance to abrasive wear of titanium alloys: Ti6Al4V (commonly used) and Ti13Nb13Zr (alloy of new generation) in association with polyethylene (PE-UHMW) predisposed for elements on pair ofthe knee endoprosthesis. Results were analyzed considering the possibility of use new generation titanium alloys for components for these endoprosthesis. Tests of resistance to abrasive Wear of selected friction pair were conducted in PT-3 tribometer in Ringer”s solution environment under constant load 2.0 kN, rotational speed of the moving specimens (Til3Nbl3Zr and Ti6Al4V): 30 rpm, test duration: 1 or 2 hours. Resistance to abrasive wear of selected pair of friction Til3Nb13Zr-PE- UHMW is lower than fon Ti6Al4V-PE-UHMW pair, not only globally - in reference to whole join - but also in reference to individual samples. Contribution of wear products is also higher in Ti6Al4V-PE-UHMW pair. These products move between mating materials, they act as grindings, thus intensifying the process of abrasive Wear. average mass losses determined by weight method for Ti6Al4V and Ti13Nb13Zr sample were 0.00177 g and 0.00062 g, respectively. In case of PE-UHMW samples associated with Ti6Al4V it Was 0.0043 g, whereas for Til3Nbl3Zr it Was 0.00234 g. Geometric structure analysis of sample surfaces, from registration Ra roughness changes, revealed higher wear on Ti6Al4V alloy samples, despite lower initial value of Ra, their final average value was 0.53 um while for Ti13Nb13Zr sample was 0.43 um. In case of UHMW-PE samples associated with Ti6Al4V this value equaled to 0.85 um, while in case ofTi13Nb13Zr it was 0.61 um.
The laser remelting of the Ti6Al4V alloy was made on specimens pre-heated at elevated temperatures. The laser treatment effected in change of microstructures of surface layers and an appearance of blisters and numerous cracks. The corrosion tests demonstrated the decrease in corrosion resistance for each preheating temperature. The observed effects were attributed to negative influence of excessive compressive stresses with no substantial relation of cracking phenomenon on pre-heating and its temperature.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: The paper presents the results of a study of the effect of vacuum technologies of formation of surface layers on pitting of associated elements in a lubricated, heavy-load rolling contact. Design/methodology/approach: Samples of 16MnCr5 vacuum-carburised steel, 100Cr6 bearing steel as well as elements of 100Cr6 steel with deposited coatings of titanium nitride (TiN) and chromium nitride (CrN) of various depths have been examined. The contact under examination was lubricated with RL 144 standard mineral oil with no additives. Findings: The study has shown that increase in a PVD coat depth is accompanied by decrease in the fatigue friction pair. Research limitations/implications: The elements after cutting-edge surface processing may have lower surface fatigue strength. It is one of the reasons for them not being used in lubricated friction parts of machines, especially high-performance ones. Originality/value: The study has shown a significant and varied effect on pitting of vacuum technologies of surface layer deposition in associated elements in concentrated rolling contact.
The porous Ti13Zr13Nb alloy intended for load-bearing implants has been investigated. The alloy powder was obtained by plasma jet spraying a solid alloy sheet. Then the alloy granules were sintered by employing powder metallurgy, with and without a space holder, resulting in specimens demonstrating an open porous structure with a porosity up to 68% and mean pore size ranging between 30 and 150 μm. Further thermal, chemical and/or electrochemical oxidation caused increased corrosion resistance and the appearance of nanotubular titania layers after anodization, with nanotubes up to 2 μm in length and 80÷120 nm in diameter. The nanotubular layers were finally coated with deposits of hydroxyapatite obtained by using biomimetic or chemical (Alternate Immersion and biomimetic) methods. In conclusion, the employed surface techniques allow substantial improvement of the chemical stability, corrosion resistance, biocompatibility and bioactivity of the investigated titanium based biomaterial.
PL
Przeprowadzono badania materiału porowatego, przeznaczonego na implanty ortopedyczne, wytworzonego metodą metalurgii proszków ze stopu Ti13Zr13Nb. Proszki z badanego stopu uzyskano metodą rozpylania plazmowego. Były one następnie spiekane bez lub z użyciem porogenu. Otrzymano próbki o otwartej porowatej strukturze, stopniu porowatości do 68% i średniej wielkości porów w przedziale od 30 do 150 mikrometrów. Obróbka próbek porowatych – utlenianie termiczne, chemiczne i/lub elektrochemiczne spowodowało otrzymanie krystalicznych lub nanorurkowych warstw tlenkowych, składających się z nanorurek o długości do 2 μm i średnicy 80÷120 nm oraz zwiększenie ich odporności na korozję. Nanorurkowe warstwy tlenkowe zostały następnie pokryte hydroksyapatytem metodą biomimetyczną lub chemiczną (przemiennego zanurzenia). Podsumowując, zastosowane techniki obróbki powierzchniowej pozwalają na znaczną poprawę stabilności chemicznej, odporności korozyjnej, biozgodności i aktywności biologicznej biomateriałów o osnowie tytanu.
W artykule przedstawiono wpływ obróbki laserowej w warunkach kriogenicznych stopu SUPERSTON stosowanego na śruby okrętowe na jego mikrostrukturę i właściwości eksploatacyjne. Nadtapianie laserowe w warunkach kriogenicznych spowodowało wyraźne rozdrobnienie mikrostruktury w uzyskanej warstwie wierzchniej. Stosując polaryzacyjne badania korozyjne w 3% NaCl stwierdzono znaczący wzrost odporności korozyjnej warstw wierzchnich po obróbce laserowej w porównaniu ze stanem wyjściowym. Badania odporności kawitacyjnej stopu SUPERSTON nadtopionego laserowo w warunkach kriogenicznych przeprowadzono na stanowisku z wirującą tarczą. Zaobserwowano wzrost odporności nadtopionej laserowo warstwy wierzchniej stopu SUPERSTON podczas testu kawitacyjnego.
EN
Influence of the laser remelting at cryogenic conditions the SUPERSTON alloy used for ships propeller on the microstructure and exploitation properties was presented in this paper. Laser remelting at cryogenic conditions caused the refinement of the microstructure in obtained surface layer. An increase of the corrosion resistance of surface layers after laser treatment compared to the material in the initial state has been demonstrated with use of the polarization corrosion tests in 3% NaCl. The cavitation test of laser remelted the SUPERSTON alloy at cryogenic conditions was performed using the rotating disc facility. An increase resistance of the remelted surface layer the SUPERSTON alloy during cavitation test was observed.
W pracy przedstawiono koncepcję i efekt oddziaływania wiązki lasera w warunkach kriogenicznych na powierzchnię stopów aluminium. Uzyskano znaczącą zmianę mikrostruktury stopu AlSi13Mg1CuNi w obszarze oddziaływania wiązki lasera oraz gwałtownego chłodzenia. W rezultacie ukształtowano warstwę wierzchnią stopu aluminium, która w zależności od parametrów nadtapiania wykazuje strukturę drobnoziarnistą, nanokrystaliczną lub amorficzną.
EN
The method and equipment for laser treatment of the aluminium alloys at cryogenic temperature have been presented (Fig. 1). The considerable influence of laser beam and rapid quenching on the microstructure surface layer of the AlSi13Mg1CuNi alloy is obtained. In result formed the surface layer of the aluminium alloy, which in dependence of remelting parameters shows the fine-grained (Fig. 7, 8), nanocrystalline or amorphous structure (Fig. 6).
Przedstawiono wpływ nadtapiania laserowego w warunkach kriogenicznych stopu SUPERSTON, stosowanego do wyrobu śrub okrętowych, na mikro-strukturę, skład fazowy oraz naprężenia własne w uzyskanej tym sposobem warstwie wierzchniej. W warstwie wierzchniej nadtopionego laserowo w warunkach kriogenicz-nych stopu SUPERSTON ujawniono obecność naprężeń własnych ściska-jących, które wraz z korzystnymi zmianami mikrostruktury podniosły zna-cząco odporność na oddziaływanie zjawiska kawitacji, które jest najczęstszą przyczyną niszczenia śrub okrętowych.
EN
Influence of laser renielting at cryogenic conditions the SUPERSTON alloy used for ships propeller on the microstructure (Fig. 1+3), phase composition (Fig. 4, Tab. 3) and residual stresses (Fig. 7) in obtained this way surface layer are presented. In remelted at cryogenic conditions the SUPERSTON alloy disclosed pre-sence of the compressive stresses, which together with profitable changes of the microstructure, significantly increased the resistance on influence of the cavitation phenomenon, which is the most freąuently cause of failure the ship propellers.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The main reason for laser remelting of the components made of aluminium, copper and titanium alloys is to obtain high hardness and corrosion resistance at the surface for longer lifetime as result of the rapid solidification. The final microstructure, phase composition and properties of aluminium, copper and titanium alloys depend on the laser process parameters and obviously on the nature of the equilibrium system. The effect of laser surface remelting at cryogenic conditions on the microstructure and corrosion characteristics of the AlSi13Mg1CuNi, SUPERSTON and Ti-6Al-4V alloys are presented. The beneficial effects of laser treatment on the microstructure and corrosion behaviour of those alloys used for different products are observed.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: Results of laser treatment at cryogenic conditions and its influence on microstructure, microhardness and cavitation resistance of the SUPERSTON alloy are presented in this paper. Design/methodology/approach: New method of the laser remelting specimens diped in liquid nitrogen made by the CO2 laser with 4000 W laser beam power and scanning velocity 0.5 and 1.0 m/min was employed. Observation microstructure was carried out by scanning electron microscope. Hardness of cross-section of the surface layer has been measured by the Vickers microhardness under load 0.49 N. Cavitation test in the water using rotating disc facility was done. Findings: Laser remelting let obtain fine microstructure in surface layer and increase of microhardness and cavitation resistance, compared to casting the SUPERSTON alloy. Research limitations/implications: The future investigations connected with environment conditions should be extend of internal stresses in the SUPERSTON alloy after laser remelting at cryogenic conditions. Practical implications: Obtained results point at possibility of the increase hardness and cavitation resistance of the parts worked in cavitation conditions. Originality/value: The propose laser treatment at cryogenic conditions could be used for surface consolidation of the copper alloys applied for ship propellers.
W artykule przedstawiono rezultaty nadtapiania laserowego stopu SUPERSTON w warunkach kriogenicznych i ich wpływ na odporność kawitacyjną. Badania kawitacyjne przeprowadzono na stanowisku z wirującą tarczą dla próbek w stanie odlanym oraz po modyfikacji laserowej powierzchni z różnymi parametrami wiązki laserowej. Uzyskane wyniki potwierdzają wzrost odporności kawitacyjnej stopu SUPERSTON po obróbce laserowej w porównaniu ze stopem odlanym.
EN
Results of laser treatment at cryogenic conditions and its influence on cavitation resistance of the SUPERSTON alloy are presented in this paper. The cavitation test was performed using of rotating disc facility for casting and surface laser modification specimens remelted with different parameters. Obtained results confirmed increase cavitation resistance of the SUPERSTON alloy after laser treatment, comper to casting material.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Influence of laser treatment at cryogenic conditions on surface microstructure after cavitation test of the SUPERSTON alloy are presented in this paper. The cavitation test was performed using the rotating disc facility in IPM PAN Gdansk. The kinetics of mass loss during the cavitation process was determined for casting and laser remelted specimens. Surface and cross-section microstructure of the SUPERSTON alloy after laser treatment and cavitation test was observed by optical and scanning electron microscope.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Results of laser treatment at cryogenic conditions and its influence on microstructure and corrosion resistance of the SUPER-STON alloy have been presented. The ship propellers made of copper alloy during exploit can degrade (corrosion, cavitation). One of the method of reducing the action effects of mentioned wear types of ships propeller can be the laser treatment at cryogenic conditions. Laser remelting was clone by the TRUMPF TLF 6000 turbo. After laser treatment the microstructure of the surface the SUPERSTON alloy was observed by scanning electron microscope. Corrosion test was made by potentiodynamic method in 3% NaCl solution. Corrosion resistance changed with parameters of the laser remelting and it was found that corrosion current density was lowest for 4000W of the rower laser beam and 0.5m/min of the scanning velocity.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Purpose: Results of laser treatment at cryogenic conditions and its influence on microstructure, microhardness and properties of the SUPERSTON alloy are presented in this article. Design/methodology/approach: New method of the laser remelting specimens diped in liquid nitrogen made by the CO 2 laser with 6000W laser beam power and scanning velocity 1.0 m/min was employed. Observation microstructure was carried out by scanning electron microscope. Hardness of cross-section of the surface layer has been measured by the Vickers microhardness under load 0.49 N. Corrosion investigation in 3% NaCl by the Atlas 9131 equipment conected with computer PC was done. Findings: Laser remelting lets obtain fine microstructure in surface layer and increase of microhardness and corrosion properties, compared with base material. Research limitations/implications: The future investigations connected with aplication conditions should be extend of cavitation tests in the magnetostriction stand. Practical implications: Obtained results point at possibility of the increase hardness, corrosion and cavitation resistance of the parts worked in marine conditions. Originality/value: The proposed laser treatment at cryogenic conditions could be used for surface consolidation of the copper alloys applied for ship propellers.
W artykule przedstawiono wpływ nadtapiania laserowego w warunkach krogenicznych na właściwości korozyjne stopów MM55 i SUPERSTON, stosowanych na śruby okrętowe. Uzyskane wyniki badań potwierdzają możliwość rozdrobnienia mikrostruktury w warstwie nadtopionej oraz znaczącego podwyższenie właściwości korozyjnych badanych stopów w środowisku 3% NaCl.
EN
Influence of the laser remelting in cryogenic conditions on the corrosion properties of the MM55 and SUPERSTON alloys used on ships propeller production have been presented in this article. Obtained results confirmed possibility of the microstructure (Figs.1-3) divide in the remelted layer and considerable increase of corrosion properties of the investigated alloys in 3%NaCl (Tables. 3, 4).
Wybrane stopy miedzi poddano nadtapianiu laserowemu w warunkach kriogenicznych. Dokonano obserwacji i oceny mikrostruktury stopów MM55 i SUPERSTON po wymienionej obróbce laserowej. Określono mikrotwardość oraz wlaściwości korozyjne warstwy wierzchniej stopow po nadtapianiu, które porównano ze stanem wyjściowym.
EN
Selected copper alloys were prepered by laser melting at cryogenic conditions. Some observation and evaluation of microstructure of MM55 and SUPERS TON alloys after laser surface treatment have been described in the paper. Microharedness and corrosion properties of the surface layer after laser melting have been defrned and results were compared to initial values.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.