Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of manufacturing technology of ball-and-socket joint made of Co28Cr6Mo alloy on its tribological properties

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł.

Inżynieria Materiałowa

|

2017

|

Vol. 38, nr 1

26--31

EN

The article presents the results of friction and wear testing of ball-and-socket joints, made of ASTM F75 alloy powder, applying the technologies of selective laser melting and spark plasma sintering. The reference material constituted joints produced by machining from a ASTM F1537 LC rod. The tribological tests were carried out using the movement simulator of a spinal motion segment of our own design, in the environment of distilled water. The test results consisted of a comparison of the friction resistance values occurring in the friction couple and comparison of the wear indicators of the upper and lower components, which simulate the tribological system of an intervertebral disc endoprosthesis in the spinal lumbar segment. Analysis of the wear mechanism of the bearing surfaces was performed on the basis of microscopic observations and measurements of friction surface roughness. Regardless of the manufacturing technology, the coefficient of friction varied in the range of 0.25 to 0.30, wherein a median value for all the tested material combinations was in the range of 0.27 to 0.29. The lowest resistance to tribological wear was demonstrated by the joints produced employing spark plasma sintering technology. The wear of the joints produced with this technology was about 20% higher in comparison to those joints formed by selective laser melting, and about 30% higher compared to the joints produced in a conventional manner from ASTM F1537 LC alloy. Observations performed using scanning electron microscopy showed that regardless of the production technology, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Unlike the joints produced in a conventional manner, the bearing surfaces of the components produced by means of selective laser melting and spark plasma sintering technologies, there is evidence of fatigue damage. The results call into question the possibility of using alternative technologies in the manufacturing process of endoprosthesis components exposed to tribological wear.

PL

Celem pracy była analiza mechanizmu zużycia tribologicznego powierzchni trących elementów przegubu kulowego w warunkach kinematyki ruchu i obciążeń zbliżonych do tych, które występują w naturalnym segmencie ruchowym odcinka lędźwiowego kręgosłupa. Uzyskane wyniki badań pozwoliły odpowiedzieć na pytanie, czy istnieje potencjalne uzasadnienie możliwości zastosowania technologii selektywnego przetapiania laserowego SLM (selective laser melting) i iskrowego spiekania plazmowego SPS (spark plasma sintering) w procesie wytwarzania elementów endoprotez współpracujących ślizgowo.

2

Effect of selective laser melting technology on the tribological properties of the prototype of intervertebral disc endoprothesis

Mróz A., Wiśniewski T., Skalski K.

Inżynieria Powierzchni

|

2016

|

nr 2

24--30

PL

Podjęto pracę nad zaprojektowaniem nowej konstrukcji endoprotezy krążka międzykręgowego odcinka lędźwiowego kręgosłupa, której komponenty metalowe wykonano ze stopu CoCrMo przy zastosowaniu technologii selektywnego topienia laserowego (SLM). Do badań porównawczych zostały wytworzone endoprotezy metodą obróbki skrawaniem z zastosowaniem obrabiarek sterowanych numerycznie (CNC). Wykonane prototypy poddano testom tribologicznym z wykorzystaniem symulatora kręgosłupa SBT-03.1. Celem pracy było określenie potencjału technologii SLM w procesie wytwarzania elementów endoprotez krążka międzykręgowego oraz określenie wpływu tej technologii na opory tarcia oraz ilość generowanych produktów zużycia.

EN

Work on the design of a new construction of intervertebral disc prosthesis of the lumbar spine has been started; the metal components of this endoprosthesis have been manufactured of CoCrMo alloy using the technology of selective laser melting (SLM). For comparative studies, the endoprostheses have been manufactured by machining with the use of numerically controlled machine tools (CNC). The fabricated prototypes have undergone the tribological tests using the SBT-03.1 spine simulator. The aim of the study was to determine the potential of SLM technology in the fabrication process of the elements of intervertebral disc endoprosthesis and to determine the impact of this technology on friction resistance and the amount of generated wear debris.

3

Effect of manufacturing technology on tribological properties of Co28Cr6Mo alloy

Mróz A., Garbiec D., Jakubowicz J., Łapaj Ł., Wielowiejska-Giertuga A., Gierzyńska-Dolna M.

Inżynieria Materiałowa

|

2016

|

Vol. 37, nr 5

245--251

EN

The physical, chemical, mechanical properties of alloys used in endoprosthesis components in the osteoarticular system or dental implants depend not only on the chemical composition, but also on the applied production technology. The article presents the results of friction and wear testing of samples produced by selective laser melting and spark plasma sintering of the ASTM F75 alloy powder (Co28Cr6Mo alloy). As reference material, an ASTM F1537 LC rod was used from which samples were prepared by machining. The friction and wear tests were conducted by means of a tribological tester with a block-ring tribosystem. The tests were performed without lubricating fluid at ambient temperature. The test results constituted a comparison of the frictional resistance in contact with bearing steel 100Cr6 as well as a comparison of the wear values depending on the given friction pair load as a function of sliding distance. Analysis of the wear mechanism of the test materials was based on microscopic observation of the friction surfaces, chemical composition analysis of the surfaces using energy dispersive X-ray spectroscopy as well as roughness measurements. For the friction pair involving the reference sample, the friction coefficient was characterized by a constant value of about 0.40 regardless of the load or travelled sliding distance. In the case of the samples greater frictional resistance was found. The friction coefficient for the friction pairs involving samples produced using the technology of selective laser melting and spark plasma sintering varied in the range 0.50 to 0.62 and from 0.70 to 0.74. Based on the obtained results of weight loss, it was calculated that the reference material sample was characterized by the smallest wear coefficient, while the largest was demonstrated by samples produced by spark plasma sintering. Microscopic observations showed that regardless of the employed technology to produce the samples, the dominant type of wear was abrasive-adhesive wear. Analysis of the chemical composition of the tested material confirmed the tendency to form oxide layers on the surface. As a result of the ongoing wear, the roughness of the friction surfaces increased. The longer the sliding distance the sample travelled, the greater the increase in the Ra parameter value and the greater the force loading the friction couple.

PL

Właściwości stopów stosowanych na endoprotezy układu kostno-stawowego lub implanty stomatologiczne mogą różnić się nie tylko ze względu na skład chemiczny, ale także ze względu na zastosowaną technologię wytwarzania. W ostatnich latach obserwowano wzrost zainteresowania technikami addytywnymi oraz rozwój metod konsolidacji materiałów proszkowych, które w procesie spiekania wykorzystują zjawiska fizyczne towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego. Przykładami takich technologii są odpowiednio selektywne przetapianie laserowe (SLM) oraz iskrowe spiekanie plazmowe (SPS). Dostępne publikacje wskazują na możliwość wykorzystania tych technologii do wytwarzania endoprotez, przy czym aspekt odporności na zużycie tribologiczne nie jest w tych pracach wystarczająco wyjaśniony. Celem podjętej pracy było porównanie odporności na zużycie tribologiczne i mechanizmu zużycia próbek wytworzonych z proszku stopowego ASTM F75 z zastosowaniem technologii SLM i SPS w odniesieniu do materiału referencyjnego ASTM F1537 LC.

4

Wpływ technologii wytwarzania wyrobów ze stopu Co28Cr6Mo na ich właściwości fizyczne, mechaniczne i odporność korozyjną

Mróz A., Jakubowicz J., Gierzyńska-Dolna M., Wiśniewski T., Wendland J.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

2--8

PL

Komponenty metalowe endoprotez stawów człowieka często są wykonywane ze stopów na osnowie kobaltu. Stopy te swoją popularność zawdzięczają dużej wytrzymałości doraźnej i zmęczeniowej, satysfakcjonującej odporności korozyjnej w środowisku płynów ustrojowych oraz, co najważniejsze, względnie największej odporności na zużycie tribologiczne w porównaniu z innymi biomateriałami metalowymi. Coraz większe wymagania stawiane biomateriałom skłaniają do ciągłego opracowywania nowych materiałów lub modyfikacji już istniejących. Podjęto więc badania mające na celu określenie wpływu wybranych innowacyjnych technologii wytwarzania na właściwości fizyczne, mechaniczne oraz odporność korozyjną stopu Co28Cr6Mo. Próbki do badań wytworzono z zastosowaniem technologii selektywnego przetapiania laserowego oraz iskrowego spiekania plazmowego. Jako materiał odniesienia zastosowano próbki referencyjne, które wytworzono ze stopu po procesie kucia ASTM F1537 LC. Niezależnie od zastosowanej technologii w mikrostrukturze stopu dochodziło do przemiany fazowej γ-Co → ε-Co. Przemiana była najbardziej intensywna w przypadku próbek otrzymanych za pomocą selektywnego przetapiania laserowego. Świadczy o tym zwiększenie twardości stopu kosztem zmniejszonej odporności na kruche pękanie. Badania potencjodynamiczne wykazały, że najmniejszą odpornością korozyjną charakteryzowały się próbki wytworzone z zastosowaniem technologii iskrowego spiekania plazmowego. Przeprowadzone badania wykazały, że zastosowanie wymienionych technologii w procesie wytwarzania metalowych komponentów endoprotez jest możliwe.

EN

Metalic components of human joint endoprostheses are most often made of cobalt alloys. Those alloys owe their popularity to high tensil and fatigue strength, good corrosive resistance in the human body fluid environment and, most importantly, relatively high resistance to tribological wear in comparison to other metalic biomaterials. Even more stringent requirements for biomaterials necessitate permanent preparation of new materials or modification of the existing ones. The survey at determination of the influence of selected innovative technologies of production on physical and mechanical properties as well as corrosion resistance of Co28Cr6Mo alloy has been proposed. The samples were made with the use of selective laser melting and spark plasma sintering technologies. As a reference material the forged ASTM F1537 LC alloy was used. Regardless of the applied technologies phase transformation γ-Co → ε-Co were occurred in alloy microstructure. The transformation was most intense for samples which have been made using the selective laser melting technology. It was demonstrated by the increased hardness at the cost of decreased fracture toughness. Potentiodynamic tests show that the samples made with the use of spark plasma sintering technology were characterized by the lowest corrosion resistance. The survey which has been done show that the application of the above-mentioned technologies in manufacturing process of metallic endoprosthesis components is possible.