Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Titanium Grade 2 hybrid oxidation for biomedical applications

Jasiński Jarosław

Inżynieria Materiałowa

|

2020

|

Vol. 41, nr 3

18--22

EN

Results from the investigations regarding the method of manufacture and assessment of titanium substrate properties where its surface zone is Ti α (O) solid solution formed with ﬂ uidized bed (FB) diffusion process (8 hours soaking time at 640°C) and the top layer is TiO 2 compound produced by magnetron sputtering are presented and discussed. Effects of such hybrid oxidation (HO) on titanium surface properties were investigated with scanning electron microscopy (SEM), scanning-transmission electron microscopy (STEM), confocal laser scanning microscopy (CLSM), Raman spectroscopy (RS) and nanoindentation tests (NI). Results showed that HO treatment made it possible to generate synergistic effect between FB and magnetron sputtered oxide layer interface. In turn, different share of TiO 2 phases (rutile and anatase mixture) obtained at the titanium surface allowed for a signiﬁ cant enhancement of its biocompatibility which was conﬁ rmed by Kokubo test.

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczące sposobu wytwarzania oraz oceny właściwości podłoża tytanowego, w którym strefę powierzchniową stanowi stały roztwór atomów tlenu w tytanie α (Ti α (O)) utworzony w procesie dyfuzyjnym w złożu fluidalnym (FB) (640°C, 8 h), na którą przez rozpylanie magnetronowe nanosi się warstwę ditlenku tytanu TiO 2 . Wpływ hybrydowego utleniania (HO) na właściwości powierzchni tytanu anali- zowano z zastosowaniem metod badawczych SEM, STEM, CLSM, RS oraz NI. Wykazano, że utlenianie hybrydowe umożliwia uzyskanie korzystnego synergicznego efektu w streﬁ e międzyfazowej Ti α (O)/TiO 2 oraz zmniejszenie naprężeń na granicy faz. Z kolei zmienny udział faz TiO 2 (mieszanina rutylu i anatazu) uzyskanych na powierzchni tytanu pozwolił na znaczącą poprawę biokompatybilności podłoży, co potwierdzono testem Kokubo.

2

Właściwości tribologiczne tytanu po procesie utleniania w złożu fluidalnym

Lubas M., Podsiad P., Jasiński J., Jasiński J., Sitarz M.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

393--396

PL

W pracy przedstawiono wpływ utleniania tytanu (Grade 2) w złożu fluidalnym na właściwości tribologiczne. Proces utleniania przeprowadzono w złożu w temperaturze 580°C, 610°C, 640°C przez 6, 8, 12 godz. Określono wpływ parametrów procesu utleniania (temperatura, czas) na wzrost twardości powierzchniowej (mikrotwardość), ubytek masy próbek w próbie ścieralności oraz wyznaczono współczynniki tarcia pary trącej stal-tytan. Pomiary mikrotwardości powierzchniowej utlenionych warstw wierzchnich wykonano sposobem Vickersa przy obciążeniu 98,07 mN (HV0,01). Badania odporności na zużycie ścierne w warunkach tarcia suchego w układzie rolka-klocek przeprowadzono na testerze T-05. Badania te, oprócz uzyskania wyników ubytku masy próbek po cyklu ścierania, który był miarą odporności na zużycie ścierne, dzięki aparaturze rejestrującej pozwoliły także na określenie następujących parametrów: siły tarcia, przemieszczenia pary trącej oraz wzrostu temperatury próbki. Ponadto w pracy odporność na zużycie ścierne określono także z wykorzystaniem kulotestera z kulką cyrkonową. Uzyskane wyniki zużycia otrzymanych warstw tlenkowych wykazały, że zaproponowana technologia utleniania tytanu w złożu fluidalnym jest relatywnie prostą metodą, która pozwala na poprawę własciwości tytanu. Przyjęte parametry procesów utleniania wpływają na poprawę odporności na zużycie tribologiczne badanych próbek Ti. Ponadto analiza wykazała, że utlenianie może znacznie poprawić charakterystykę tarcia i odporność na zużycie tytanu. Związane jest to z dobrą przyczepnością uzyskanych powłok tlenkowych do podłoża metalicznego, odpowiednią grubością oraz dużą twardością powierzchniową dla powłok o strukturze TiO2-rutyl otrzymanych w procesie utleniania w złożu fluidalnym.

EN

The paper presents the influence of titanium (Grade 2) oxidation in a fluidised bed on tribological properties. The oxidation was carried out in a bed at temperature of 580°C, 610°C, and 640°C during 6, 8, and 12 hours. The influence of oxidation process parameters (temperature, time) on an increase in the surface hardness (microhardness), on a loss of specimens mass in an abrasion tests was determined as well as friction coefficients of steel-titanium friction pair were determined. Measurements of surface microhardness of oxidised top layers were performed using a Vickers microhardness tester at the load of 98.07 mN (HV0.01). The testing of abrasive wear resistance under dry friction conditions in a roller-block system was carried out on a T-05 tester. This testing, apart from obtaining results of specimens mass loss after an abrasion cycle, which was the measure of abrasive wear resistance, thanks to recording instruments allowed also to determine the following parameters: the friction force, the shift of the friction pair and the increase in the specimen temperature. Moreover, the abrasive wear resistance was determined also using a ball tester, applying a zirconium ball. The achieved results of obtained oxide layers have shown that the suggested technology of titanium oxidation in a fluidised bed is a relatively simple method, allowing to improve titanium properties. The assumed parameters of oxidation processes result in improvement to tribological wear resistance of studied Ti specimens. Moreover, the analysis has shown that the oxidation can substantially improve the friction characteristic and the wear resistance of titanium. This is related to a good adhesion of obtained oxide coats to the metallic substrate, an appropriate thickness and a high surface microhardness for coats of TiO2-rutile structure obtained in the process of oxidation in a fluidised bed.

3

Aktywowanie warstwy wierzchniej Ti Grade 2 w procesach utleniania

Jasiński J., Lubas M., Jasiński J., Podsiad P., Gawroński J., Jeziorski L.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 5

455--458

PL

W pracy przedstawiono analizę topografii powierzchni tytanu Grade 2 po obróbce mechanicznej (szlifowanie i piaskowanie) oraz wpływ aktywacji powierzchni na właściwości warstwy po procesie utleniania w złożu ﬁuidalnym AI2O3, W temperaturze 610°C przez 12 godzin. Proces przeprowadzono dla trzech serii próbek: seria 1 - próbka szlifowana na papierze o gradacji S1000, seria 2 - próbka piaskowana Al2O3 o uziarnieniu 110 um, seria 3 - próbka piaskowana mieszaniną Al2O3/NaAl-Si3O8/TiO2/ZrO2 o uziarnieniu 110 um AI2O3 i <63 um pozostałe media. Próbki zarówno przed, jak i po procesie obróbki mechanicznej i cieplnej były odtłuszczone, czyszczone w myjce ultradźwiękowej w roztworze aceton + alkohol etylowy + woda przez 10 minut. Do badań topograﬁi powierzchni zastosowano metodę AFM, natomiast zmiany składu fazowego badano z zastosowaniem metody XRD oraz mikroskopii elektronowej skaningowej SEM/EDS. Badania topograﬁi powierzchni tytanu Grade 2 przed procesem utleniania potwierdziły, że przeprowadzona aktywacja powierzchni z wykorzystaniem medium piaskujące- go w postaci Al2O3 oraz mieszaniny Al2O3/NaAl-Si3O8/TiO2/ZrO2 korzystnie wpływa na zwiększenie chropowatości oraz poprawę stanu powierzchni tytanu po procesie utleniania szczególnie dla wariantu 3. Stwierdzono również, że zastosowanie złoża ﬂuidalnego do procesów utleniania tytanu pozwala na otrzymanie jednorodnych powłok tlenkowych o dobrej adhezji z podłożem, a tym samym poprawę powierzchni tytanu w aspekcie zastosowań biomedycznych.

EN

The paper presents an analysis of titanium Grade 2 surface topography after surface treatment (grinding and sandblasting) and the inﬁuence of surface activating on the properties of the surface layer after the oxidation process in a Al203, ﬁuidized bed, at the temperature of 610°C/12 hours. AFM method was used for surface topography analysis and XRD, SEM/EDS methods was used to examine the changes in phase composition. Studies of Grade 2 titanium surface topography before oxidation conﬁrmed that the surface activation carried out using the blasting medium in the form of Al2O3 and Al2O3/NaAl-Si3O8/TiO2/ZrO2 compound enhances increasing the roughness and improving the state of titanium surface after oxidation, especially for samples Al2O3/NaAl-Si3O8/TiO2/ZrO2 sandblasting mixture. It may also be stated that the use of a ﬁuidized bed for titanium oxidation processes allows to obtain uniform oxide layers with good adhesion to the substrate, thereby improving titanium surface in terms of biomedical application.

4

Efekty utleniania tytanu po różnych metodach modyfikacji powierzchni

Jasiński J., Lubas M., Jasiński J., Wieczorek P.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 120

41--47

PL

W pracy przedstawiono analizę topografii powierzchni tytanu Grade 2 po obróbce mechanicznej (szlifowanie i piaskowanie) oraz wpływ aktywacji powierzchni na właściwości warstwy po procesie utleniania w złożu w temperaturze 610°C i czasie 6, 8 i 12 godzin. Do badań topografii powierzchni oraz analizy adhezji zastosowano metodę AFM i scratch test, natomiast strukturę i zmiany składu fazowego badano z zastosowaniem metody SEM-EDS i XRD. Badania topografii powierzchni tytanu Grade 2 przed procesem utleniania potwierdziły, że przeprowadzona aktywacja powierzchni z wykorzystaniem medium piaskującego w postaci Al2O3 korzystnie wpływa na zwiększenie chropowatości oraz poprawę stanu powierzchni tytanu po procesie utleniania szczególnie w czasie 8 godzin. Stwierdzono również, że zastosowanie złoża fluidalnego do procesów utleniania tytanu pozwala na otrzymanie jednorodnych powłok tlenkowych o dobrej adhezji z podłożem, a tym samym poprawę właściwości powierzchni tytanu w aspekcie zastosowań biomedycznych.

EN

The paper presents an analysis of titanium grade 2 surface topography after surface treatment (grinding and sandblasting) and the influence of surface activating on the properties of the surface layer after the oxidation process in a Al2O3 fluidized bed, at 610°C and for 6, 8 and 12 hours. AFM and scratch test methods were used for surface topography and layer adhesion analysis, while SEM-EDX and XRD methods were used to examine the microstructure and changes in phase composition. Studies of Grade 2 titanium surface topography before oxidation confirmed that the surface activation carried out using the Al2O3 blasting medium increases the roughness and improves the state of titanium surface after oxidation, especially after 8 h. The results also showed that using of a fluidized bed for titanium oxidation allows to obtain uniform oxide layers for biomedical applications.

5

Neural networks modeling of oxidation layer thickness of titanium oxidized in fluidized bed

Szota M., Jasiński J., Mroziński T., Jeziorski L.

Advances in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, nr 4(14)

108-113

EN

In this publication a manner of designed structure of neural networks and using it for modeling of oxidations process in fluidized bed is presented. This paper presents a neural network model used for designing the thickness of oxidation layer after oxidizing of titanium in fluidized bed. This process is very complicated and difficult as multi-parameters changes are non-linear. This fact and lack of mathematical algorithms describing this process makes modeling required curve of hardness by traditional numerical methods difficult or even impossible. In this case it is possible to try using artificial neural networks. The neural network structure is designed and prepared by choosing input and output parameters of process. The method of learning and testing neural network, the way of limiting nets structure and minimizing learning and testing error are discussed. Such prepared neural network model, after putting expected values of thickness of oxidation layer in output layer, can give answers to a lot of questions about running oxidizing process in fluidized bed. The neural network model can be used to build control system capable of on-line controlling running process and supporting engineering decision in real time. This paper presents different conception to obtain assumed titanium's thickness of oxidizing layer in fluidized bed. The specially prepared neural networks model could be a help for engineering decisions and may be used in designing oxidizing process in fluidized bed as well as in controlling changes of this process.