Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Corrosion Resistance of Nitrogen-Doped DLC Coatings Produced in Glow Discharge Conditions on Nitrided Austenitic Steel

Borowski T., Spychalski M., Rożniatowski K., Kulikowski K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2020

|

Vol. 65, iss. 3

1141--1146

EN

Nitrogen-doped DLC (diamond-like carbon) coatings were produced on 316L nitrided austenitic steel in direct current and pulsed glow discharge conditions. The chemical composition, surface topography, hardness and corrosion resistance of the obtained carbon coatings were examined. The coatings varied in surface morphology, roughness and hardness. Direct current glow discharge made it possible to produce a coating characterized by lower hardness, greater thickness and higher nitrogen content. The coating featured improved corrosion resistance and adhesion compared to coatings produced in the pulsed process.

2

Influence of Sterilization and Exposure to the Ringer's Solution on Mechanical and Physicochemical Properties of Nitrocarburized 316 LVM Steel

Kajzer A., Rabij K., Basiaga M., Nowińska K., Kaczmarek M., Borowski T., Wierzchoń T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2018

|

Vol. 63, iss. 3

1257--1266

EN

Studies on biocompatibility of AISI 316LVM steel indicate the need to eliminate the nickel from the surface and replace it with other elements of improved biocompatibility. Therefore, in the presented work selected physicochemical and mechanical properties of the diffusive nitrocarburized layer formed by plasma potential by means of an active screen made of the Fe-Cr-Ni were studied. In the paper we present results of microstructure and phase composition of the layers, roughness, and surface wettability, potentiodynamic pitting corrosion resistance, penetration of ions into the solution as well as mechanical properties. The studies were conducted for the samples of both mechanically polished and nitrocarburized surfaces, after sterilization, and exposure to the Ringer’s solution. Deposition of the nitrocarburized layer increased the contact angle, surface roughness, surface hardness, and corrosion resistance with respect to the polished surfaces. The nitrocarburized layer is a barrier against the ions release into the solution and sterilization and exposure to Ringer solution. The obtained results showed beneficial increase of both mechanical and electrochemical properties of the deposited layer, and thus the applicability of the proposed method of surface treatment of the 316 LVM steel for short-term implants after sterylization.

3

Wpływ topografii powierzchni na odporność korozyjną stopu z pamięcią kształtu NiTi po procesie azotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie

Witkowska J., Kamiński J., Tarnowski M., Borowski T., Woińska M., Wierzchoń T

Ochrona przed Korozją

|

2016

|

nr 4

102--106

PL

Stopy z pamięcią kształtu NiTi są coraz częściej stosowane w medycynie, jako implanty kostne lub kardiologiczne. Jednak ze względu na zjawisko metalozy, tj. migracji składników stopu do otaczających tkanek, są poddawane różnym obróbkom powierzchniowym w celu polepszenia odporności korozyjnej i biozgodności bez wpływu na ich specyficzne właściwości, czyli pamięć kształtu i nadsprężystość. W pracy przedstawiono wyniki porównawczych badań odporności korozyjnej stopu NiTi przed i po procesach azotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie w temperaturze 300°C. Proces azotowania jarzeniowego przeprowadzono na próbkach o różnej topografii powierzchni. Badania odporności korozyjnej metodą potencjodynamiczną i spektroskopii impedancyjnej przeprowadzono w roztworze Ringera oraz Hanka w temperaturze 37°C. Wyniki uzupełniono badaniami chropowatości i morfologii powierzchni. Uzyskane wyniki wykazały wzrost odporności korozyjnej stopu NiTi po procesie azotowania. Zaobserwowano istotny wpływ chropowatości powierzchni na odporność korozyjną stopu NiTi bez i z warstwą azotku tytanu.

EN

NiTi shape memory alloys are used for cardiological and bone implants. However on account of the metallosis effect, i.e. the migration of the alloy constituents into the surrounding tissues, they are submitted to various surface treatment processes in order to improve their corrosion resistance and biocompatibility, without affecting the shape memory properties that need to be maintained. Comparative studies on the corrosion resistance of NiTi alloys both prior to and after nitriding in low-temperature plasma at a temperature of 300°C are presented. Nitriding under glow discharge conditions was conducted on samples with varying surface roughness. Examinations via the potentiodynamic and impedance spectroscopy methods (EIS) were carried out in Hank’s and Ringer’s solutions at 37°C. Corrosion resistance tests were supplemented by morphology and roughness tests of the surface of NiTi alloy both with and without a diffusive layer. The obtained results show an increase in the corrosion resistance of NiTi alloys after nitriding. There was a significant impact of surface roughness on the corrosion resistance of NiTi alloy both with and without a nitrided layer.

4

Właściwości powierzchni warstw azotowanych wytworzonych w procesach azotowania jarzeniowego na potencjale plazmy i katody

Sowińska A., Borowski T., Ossowski M., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 1

29--32

PL

Warstwy azotowane typu TiN + Ti2N + αTi(N) wytworzone w warunkach wyładowania jarzeniowego mają charakter dyfuzyjny, a ich właściwości fizykochemiczne mogą być kształtowane warunkami technologii procesu azotowania, tj. azotowania na potencjale katody albo z tzw. aktywnym ekranem (potencjał plazmy). W artykule przedstawiono wyniki badań warstw azotowanych wytworzonych w niskotemperaturowej plazmie na potencjale katody oraz z aktywnym ekranem. Omówiono wyniki badań topografii powierzchni, mikrostruktury (SEM), chropowatości powierzchni (AFM, profilometr optyczny), składu chemicznego (EDS, SIMS) oraz zwilżalności w kontekście właściwości biologicznych z płytkami krwi. W pracy wykazano, że warstwa azotowana wytworzona na potencjale katody charakteryzuje się mniejszą zawartością azotu, większą chropowatością i większą grubością niż wytworzona na potencjale plazmy, jednocześnie ma lepszą zwilżalność oraz charakteryzuje się mniejszą adhezją i aktywacją płytek krwi. Warstwa ta może znaleźć zastosowanie w wytwarzaniu implantów kardiologicznych.

EN

The nitrided surface layers TiN + Ti2N + αTi(N) type produced under glow discharge conditions have a diffusion character. Their surface physicochemical properties can be modified by processing conditions, such as the execution of the process on the potential of the cathode or in plasma region (active screen plasma nitriding). The paper presents the results of nitrided surface layers produced in low-temperature plasma applying the cathode potential or the active screen. Obtained data of surface topography, the microstructure (SEM), surface roughness (AFM, optical profilometer), chemical composition (EDS, SIMS) and wettability are discussed in context biological properties of platelets. Studies have shown a larger thickness with a lower nitrogen content and a greater roughness of the layer formed on the cathode potential as compared with the layer formed on the plasma potential. Simultaneously on the surface of the titanium nitride layer produced on the cathode potential were less platelets adhesion and they were less activated than on the second layer. Thus, the results show that the relevant properties of the surface can restrict blood clotting and titanium nitride layer produced on the cathode potential could be applied in the production of cardiological implants.

5

Analiza mikrostruktury i właściwości stali narzędziowej HS6-5-2 (SW7M) po procesie azotowania w niskotemperaturowej plazmie

Kapuścińska A., Borowski T., Drobek A., Trojanowski J., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

82--86

PL

Stal gat. HS6-5-2 (SW7M) jest stalą narzędziową stosowaną do produkcji narzędzi skrawających (frezy, wiertła, gwintowniki). W produkcji masowej tych narzędzi perspektywicznym kierunkiem – jak wykazały badania autorów – zwiększenia ich trwałości i niezawodności są procesy azotowania w niskotemperaturowej plazmie zarówno na potencjale katody, jak i w obszarze plazmy. Procesy te pozwalają na pełną kontrolę mikrostruktury, składu fazowego i chemicznego wytwarzanych dyfuzyjnych warstw, ich stanu naprężeń własnych, topografii powierzchni, twardości oraz wytrzymałości zmęczeniowej. Azotowanie w niskotemperaturowej plazmie w temperaturze 420÷500°C umożliwia wytwarzanie dyfuzyjnych warstw z wydzieleniami azotków chromu o dobrej odporności na zużycie przez tarcie, małym współczynniku tarcia i o lepszej odporności korozyjnej. W artykule omówiono wpływ mikrostruktury, topografii powierzchni i składu fazowego na odporność na zużycie przez tarcie i odporność korozyjną.

EN

The tool steel of the HS6-5-2 (SW7M) grade is used to manufacture cutting tools (milling cutters, drills, screw-taps). In mass production of these tools a prospective trend towards increasing their life and reliability – as our studies proved it – are nitriding processes in low-temperature plasma at cathode potential as well as in plasma zone. These processes enable complete control of the microstructure, phase and chemical composition of created diffusion layers, state of their internal stresses, surface topography, hardness and fatigue strength. The nitriding processes in low-temperature plasma at temperature 420÷500°C enables creation of diffusion layers with release of chromium nitride characterised by good wear resistance, low friction factor and increased corrosion resistance. This article presents microstructure, surface topographie and phase composition in connection with their wear resistance and corrosion.

6

Spin and electron density redistribution upon binding of non-innocent ligand by iron in enzymatic environment: challenges for quantum chemistry

Brocławik E., Borowski T., Radoń M.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2014

|

Vol. 18, No 3

255--263

EN

The quality of the description of a chemical bond between the metal (acti ve site) and the ligand (substrate) critically depends on the electronic pro cesses accompanying the bond formation. However, as far as transition metal centers ( TM ) in enzymes are considered, most of the properties related to their electronic structure are extre mely challenging for quantum chemistry. Especially severe problems appear for the bonding of NO to fe rrous sites, e.g. in myoglobin or non-heme enzymes. Therefore, special care has to be shown in t he assessment of a quantum chemical method employed with respect to its power in des cribing the properties of interest. In this work we discuss spin-resolved Fe-NO charge transfe rs and their relation to the metal spin state, with special attention paid to the interpretation of t he bonding between NO and the transition metal center in terms of dative or covalent contributi ons; furthermore, the impact of spin and the electron transfer on the reactivity of the center is discussed. The stress is put on the role of the coordinating environment in controlling the re action mechanism via fine-tuning of the spin and the oxidation status of the metal core. This goe s in line with the high significance of spin in enzymatic reaction mechanisms ( cf. multi-state reactivity proposed for iron enzymes).

7

Analiza mikrostruktury i właściwości stali narzędziowej X153CrMoV12 po procesie azotowania w niskotemperaturowej plazmie

Borowski T., Trojanowski J., Drobek A., Mączyński P., Kapuścińska A., Andrzejewski A., Wierzchoń T.

Inżynieria Powierzchni

|

2014

|

nr 2

26--35

PL

Stale narzędziowe do pracy na zimno stosuje się między innymi na narzędzia do obróbki plastycznej. Wytwarza się z nich części, od których wymaga się dużej wytrzymałości mechanicznej, wysokiej odporności na zużycie przez tarcie oraz, w niektórych przypadkach, dobrej odporności korozyjnej. Stal X153CrMoV12 (NC11LV) to wysokiej jakości chromowa stal narzędziowa stosowana na narzędzia do cięcia o wysokiej wydajności oraz narzędzia do procesów obróbki plastycznej na zimno, jak np.: narzędzia do wytłaczania, głębokiego tłoczenia oraz wyciskania na zimno. Poprzez wykorzystanieazotowania w niskotemperaturowej plazmie możnakształtować właściwości tej stali, wpływając na wzrost odporności na zużycie przez tarcie oraz odporności korozyjnej.Procesy azotowania stali X153CrMoV12 prowadzono przy różnych parametrach technologicznych. Uzyskane wyniki badań wykazują znaczący wpływ parametrów procesu azotowania w niskotemperaturowej plazmie na właściwości użytkowe dyfuzyjnych warstw azotowanych stali X153CrMoV12.

EN

Tool steels for cold working are used among others for tools designed for metal-forming. They are used for manufacturing machine elements having high mechanical strength, high frictional wear resistance and in some cases good corrosion resistance. X153CrMoV12 (NC11LV) steel is a high quality chromium tool steel used for tools designed for high efficiency cutting and tools for metal-forming processes like: drawing, deep drawing and cold extrusion. The process of nitriding in low-temperature plasma enables to modify the steel properties – mainly an increase of frictional wear resistance and corrosion resistance. The processes of X153CrMoV12 steel nitriding were performed with various technological parameters. The obtained results indicate a considerable influence of the parameters of low-temperature plasma nitriding on functional properties of diffusive layers of X153CrMoV12 nitrided steel.

8

Wpływ sposobu wytwarzania warstw azotowanych na tytanie Grade 2 na ich odporność korozyjną

Kamiński J., Borowski T., Tarnowski M., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 5

374--377

PL

Tytan i jego stopy znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych obszarach medycyny m.in. w kardiochirurgii, stomatologii oraz jako implanty kostne m.in. stawu biodrowego czy kolanowego. Stosowanie tytanu jest związane z jego szczególnymi właściwościami m.in. z małą gęstością, dużą wytrzymałością właściwą oraz biokompatybilnością. Jednak ze względu na możliwość zachodzenia zjawiska metalozy, tj. przechodzenia składników metalu do otaczających tkanek, co inicjuje procesy alergiczne i zapalne, czy też obserwowaną jego dużą trombogennością, tytan jest poddawany różnym obróbkom powierzchniowym ograniczającym te zjawiska, m.in. azotowaniu jarzeniowemu. W artykule analizowano wpływ sposobu wytwarzania warstw azotowanych (tzn. na potencjale plazmy i potencjale katody) na zmiany odporności korozyjnej tytanu Grade 2 eksponowanego w roztworach Ringera i Hanka, przy różnych chropowatościach wyjściowych podłoża. Wykazano, że warstwy azotowane wytworzone na potencjale plazmy charakteryzują się zwiększoną odpornością korozyjną w porównaniu z warstwami wytworzonymi w klasycznym azotowaniu jarzeniowym (na potencjale katody).

EN

Titanium and its alloys are widely used in various industries, including medical applications, e.g. cardiac surgery, dental and bone implants. The increasing use of titanium is due to the material low density, good mechanical properties and its high biocompatibility. However, due to possible metalosis effect, i.e. release of the alloy elements to the surrounding tissues, titanium is submitted to various surface treatment processes (e.g. glow discharge nitriding) in order to limit such phenomenon. The paper presents treatment methods to produce glow-discharge nitrided layers (i.e. the plasma potential and the potential of the cathode) impact on the corrosion resistance of titanium Grade 2 exposed in Ringer's and Hank’s solution, with different initial roughness of the substrate. It has been shown that the nitrided layer formed on the plasma potential increased corrosion resistance in comparison to layers produced in the conventional glow-discharge nitriding process (at cathode potential).

9

Influence of glow discharge assisted nitriding processes temperature on corrosion resistance of layers made of Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy

Brojanowska A., Borowski T., Poławski K., Sałach J., Sobiecki J. R.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 2

92--96

EN

The article presents an analysis of glow discharge assisted nitriding temperature on corrosion resistance of Ti6Al2Cr2Mo titanium alloy. Nitrided layers produced in the four treatment temperatures: 700°C, 800°C, 850°C and 900°C were chosen for the testing. The tests proved an increase in corrosion resistance of nitrided layers produced at the temperature ranging from 700ºC to 850ºC (rising together with the treatment temperature rise) in comparison to the substrate material.

PL

W artykule analizowano wpływ temperatury procesu azotowania jarzeniowego na odporność korozyjną stopu tytanu Ti6Al2Cr2Mo. Do badań wybrano warstwy azotowane wytworzone w czterech temperaturach obróbki: 700°C, 800°C, 850°C i 900°C. Badania potwierdziły wzrost odporności korozyjnej warstw azotowanych wytworzonych w przedziale temperatur od 700°C do 850°C (wraz ze wzrostem temperatury obróbki) w porównaniu z materiałem podłoża.

10

Wpływ parametrów tlenoazotowania jarzeniowego na odporność korozyjną stopu NiTi z pamięcią kształtu

Kamiński J., Borowski T., Tarnowski M., Wierzchoń T.

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 11

464--468

PL

Stopy z pamięcią kształtu NiTi stosowane są na implanty kostne i kardiologiczne. Z uwagi jednak na zjawisko metalozy, tj. przechodzenia składników stopu, w szczególności niklu, do otaczających tkanek, są poddawane różnym obróbkom powierzchniowym w celu poprawy ich odporności na korozję. W artykule przedstawiono badania porównawcze odporności na korozję stopu NiTi przed i po procesie hybrydowym, łączącym azotowanie i utlenianie jarzeniowe w jednym cyklu technologicznym (metoda tlenoazotowania), przy zmiennych czasach utleniania. Przeprowadzono badania elektrochemiczne metodą potencjodynamiczne i spektroskopii impedancyjnej w roztworze Hanka w temperaturze 37°C, wykazując wzrost odporności korozyjnej stopu NiTi z warstwami wytworzonymi w obróbkach jarzeniowych. Wykonano również badania morfologii oraz chropowatości powierzchni stopu NiTi bez i z wytworzonymi warstwami dyfuzyjnymi. Stwierdzono, że proces utleniania jarzeniowego, zwiększył odporność korozyjną stopu NiTi. Wykazano korelację pomiędzy odpornością na korozję a topografią i morfologią badanych materiałów.

EN

NiTi shape memory alloys are used for cardiac and bone implants. However, due to metallosis, i.e. the migration of the alloy constituents into the surrounding tissues, they are subjected to various surface treatment processes in order to improve their corrosion resistance. Comparative studies on the corrosion resistance of NiTi alloy both prior and after hybrid method treatment, which combines both glow-discharge nitriding and oxidizing processes in one technological cycle (oxynitriding), have been carried out. Various oxidation times were used in the treatment. Examinations employing potentiodynamic and EIS methods were carried out in Hank’s solution at 37°C. The obtained results show an increase in corrosion resistance of NiTi alloy after oxynitriding. A negative correlation between corrosion resistance and the thickness of the oxidation layer was also observed. Corrosion resistance tests were supplemented with morphology and roughness tests carried out on an NiTi alloy surface both with and without a diffusive layer.

11

Wpływ niskotemperaturowego tlenoazotowania jarzeniowego na odporność korozyjną stopu NiTi z pamięcią kształtu

Kamiński J., Borowski T., Tarnowski M., Ossowski M., Lekston Z., Wierzchoń T

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 5

209--216

PL

Stopy z pamięcią kształtu NiTi stosowane są na implanty kostne i kardiologiczne. Z uwagi jednak na zjawisko metalozy, tj. przechodzenia składników stopu do otaczających tkanek, są poddawane różnym obróbkom powierzchniowym w celu poprawy ich odporności na korozję. W artykule przedstawiono badania porównawcze odporności na korozję stopów NiTi bez i po procesie tlenoazotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie. Przeprowadzono badania metodą potencjodynamiczną i spektroskopii impedancyjnej wykazując wzrost odporności korozyjnej tych stopów po obróbce jarzeniowej. Wykonano również badania morfologii oraz chropowatości powierzchni stopu NiTi bez i z wytworzoną warstwą dyfuzyjną. Stwierdzono, że proces tlenoazotowania jarzeniowego zwiększył odporność korozyjną stopu NiTi.

EN

NiTi shape memory alloys are used for cardiac and bone implants. However, due to metalosis, i.e. the migration of the alloy constituents into the surrounding tissues, they undergo various surface treatment processes in order to improve their corrosion resistance. In this article, a comparative study of NiTi alloys’ corrosion resistance both prior and after oxynitriding glowdischarge treatment in a low-temperature plasma process at the temperature of 300 °C is presented. Examinations with the use of potentiodynamic and impedance spectroscopy methods were carried out, which show a corrosion resistance increase of NiTi shape memory alloys after glow-discharge assisted oxynitriding. Corrosion resistance tests were supplemented by morphology and roughness tests carried out on NiTi alloy surfaces both with and without a diffusive layer.

12

Odporność korozyjna warstw azotowanych i tlenoazotowanych wytworzonych na tytanie Grade 2 w procesach obróbek jarzeniowych

Kamiński J., Brojanowska A., Tarnowski M., Borowski T., Wierzchoń T.

Ochrona przed Korozją

|

2013

|

nr 11

468--473

PL

Szczególne właściwości tytanu i jego stopów, takie jak: niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa oraz odporność korozyjna, a także stosunkowo niski moduł sprężystości, stanowią podstawy coraz szerszego stosowania tych materiałów w medycynie. Obok stopu Ti6Al4V, także tytan Grade 2 stosowany jest na implanty kostne i kardiologiczne. W celu kształtowania ich właściwości biologicznych wprowadza się różne obróbki powierzchniowe, m.in. procesy azotowania i tlenoazotowania jarzeniowego, które – oprócz zwiększania odporności na zużycie przez tarcie – mają ograniczać przechodzenie składników stopu do otaczających tkanek, tj. zjawisko metalozy, a więc zwiększyć odporność korozyjną. W artykule przedstawiono badania odporności korozyjnej tytanu Grade 2 w roztworze Ringera w porównaniu do warstw wytwarzanych w procesach azotowania i metodą hybrydową – proces tlenoazotowania łączący azotowanie z utlenianiem w warunkach wyładowania jarzeniowego.

EN

Specific properties of titanium and its alloys, such as: low density, high specific strength and corrosion resistance and also low Young Modulus are the reasons for the increas use of these materials in medicine. Together with Ti6Al4V alloy, Grade 2 titanium is also used for bone and cardiac implants. In order to improve their biological properties numerous surface treatments are used, such as nitriding and oxynitriding in glow discharge conditions, which – apart from enhancing the wear resistance – are supposed to limit the diffusion of alloying elements into the surrounding tissue (so called methalosis effect), therefore increase the corrosion resistance. This paper presents the study of corrosion resistance in Ringer solution of titanium Grade 2 in comparison to the layers produced in nitriding process and with the hybrid method – oxynitriding process which combines nitriding with oxidizing under glow discharge conditions.

13

The inﬂuence of low temperature glow discharge assisted nitriding on corrosion resistance of NiTi shape memory alloy

Kamiński J., Borowski T., Tarnowski M., Ossowski M., Rożniatowski K., Lekston Z., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 4

286--289

EN

NiTi shape memory alloys are used for bone and cardiological implants. However, on account of metalosis effect, i.e. the migration of the alloy constituents into the surrounding tissues, they are submitted to various surface treatment processes in order to improve their corrosion resistance. In this article, comparative study of NiTi alloys corrosion resistance both after the process of nitriding in low-temperature plasma at the temperature of 300°C (which guarantees preservation of their favourable functional properties) and without submitting them to this process is presented. Examinations with the use ofpotentiodynamic and impedance spectroscopy methods were made which show an increase of corrosion resistance after the glow discharge assisted nitriding. Corrosion resistance tests were supplemented by morphology and roughness tests of NiTi alloy surface both with diffusive layer and without it.

PL

Stopy z pamięcią kształtu NiTi stosowane są na implanty kostne i kardiologiczne. Ze względu jednak na zjawisko metalozy, tj. przechodzenia składników stopu do otaczających tkanek, są poddawane różnym obróbkom powierzchniowym w celu poprawy ich odporności na korozję. W artykule przedstawiono badania porównawcze odporności na korozję stopów NiTi bez i po procesie azotowania w niskotemperaturowej plazmie w temperaturze 300°C, tj. gwarantującej zachowanie ich korzystnych właściwości użytkowych. Przeprowadzono badania metodą potencjodynamiczną i spektroskopii impedancyjnej, wykazując wzrost odporności korozyjnej tych stopów po procesie azotowania jarzeniowego. Jako uzupełnienie badań korozyjnych zrealizowano również badania morfologii oraz chropowatości powierzchni stopu NiTi bez i z wytworzoną warstwą dyfuzyjną.

14

Struktura i właściwości warstw węglowych na polietero-eteroketonie wytwarzanych metodą RF-CVD

Rajchel B., Tarnowski M., Kwiatkowska J., Borowski T., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

810--813

PL

Warstwy węglowe zarówno na materiałach metalicznych, jak również na polimerowych, np. polietero-eteroketonie, znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie, szczególnie w wytwarzaniu implantów kardiologicznych, bowiem ograniczają wykrzepianie krwi. W przypadku materiałów polimerowych jest istotna przyczepność i odporność na zużycie przez tarcie wytwarzanych powłok węglowych, na co w znaczący sposób wpływa ich struktura i stan naprężeń własnych. Własności mechaniczne powłoki a-C-N:H zależą między innymi od koncentracji węgla, azotu oraz wodoru, a także od koncentracji wiązań sp3/sp2 i naprężeń w powłoce. Spektroskopia ramanowska zastosowana do analizy struktur węglowych oraz CNX daje możliwość określenia zarówno typu wiązań pomiędzy atomami węgla lub atomami azotu i węgla, jak i ich względnej koncentracji. Widma ramanowskie uzyskane dla struktur węglowych i CNX wzbudzonych wiązką światła widzialnego zawierają dwa piki oznaczane jako G oraz D. Pik G jest związany bezpośrednio z wiązaniami sp2, natomiast pik D jest pośrednio związany z wiązaniami sp3. Położenia, względne intensywności oraz półszerokości tych pików zależą od koncentracji wiązań sp3/sp2 [1], a także od naprężeń w badanych strukturach [2]. W artykule przedstawiono wyniki badań struktury wytwarzanych warstw węglowych uzyskane z użyciem mikrospektroskopii Ramana, topografii powierzchni (AFM, SEM) na polietero-eteroketonie oraz stanu naprężeń własnych w powłokach węglowych.

EN

Carbon layers formed on metallic materials as well as on polymers (e.g. polietheretheroketone or UHMWPE polyethylene) are often used in medicine. In particular they are applied in preparation of cardiology implants because they can reduce blood clotting. In the case of carbon coatings, formed on the polymeric surface, adhesion and wear resistance to friction are especially important. The adhesion and the wear resistance of coatings are determined by their structure and the state of internal stresses. Mechanical properties of the a-C:N:H coating depend inter alia on the concentration of carbon, nitrogen and hydrogen as well as the relative concentration of sp3 and sp2 bonds, and stresses in the coating. Determination of the character of bonds between carbon atoms and between nitrogen and carbon atoms is possible by using the Raman spectroscopy. All Raman spectra, collected for carbon or CNX structures, contain two Raman peaks. The so called G peak (observed at ~1580 cm–1) which is directly related to the sp2 carbon bonds and D peak (observed at the ~1340 cm–1), indirectly related to the sp3 bonds. Position, intensity, and width (FWHM) of both peaks can provide information about the sp3/sp2 ratio of the chemical bonds [1] and on the presence of internal stresses [2] in the coating. This paper presents the structure and properties of a-C:N:H coating, formed by the RF-CVD method on the PEEK substrate. The surface topography was studied using AFM and SEM microscopy. The relative concentration of sp3 and sp2 bonds and the state of internal stresses were studied using the confocal Raman microspectroscopy. The adhesion of a-C:N:H coating to the substrate was measured by the scratch test technique.

15

Analiza fazowa i stan naprężeń własnych w warstwach azotowanych na stopie tytanu Ti6Al4V wytwarzanych w niskotemperaturowej plazmie

Skrzypek S. J., Tarnowski M., Goły M., Borowski T., Wierzchoń T.

Inżynieria Materiałowa

|

2013

|

Vol. 34, nr 6

872--875

PL

Obróbki powierzchniowe biomateriałów tytanowych znajdują coraz szersze zastosowanie w kształtowaniu ich właściwości użytkowych jako implantów kostnych i kardiologicznych, takich jak: odporność na zużycie przez tarcie, atrombogenność, aktywność biologiczna, zwilżalność czy wytrzymałość zmęczeniowa. Na właściwości tych warstw w istotnym stopniu, obok topografii powierzchni, składu chemicznego i morfologii składników mikrostrukturalnych, wpływa skład fazowy i stan naprężeń własnych, które można kształtować warunkami technologicznymi zastosowanych procesów plazmowych obróbek powierzchniowych. W artykule przedstawiono badania składu fazowego i stanu naprężeń własnych określonych metodami sin2ψ i GID-sin2ψ warstw azotowanych, wytworzonych w temperaturze ok. 650°C na stopie Ti6Al4V metodami azotowania w niskotemperaturowej plazmie zarówno na potencjale katody, jak i z zastosowaniem aktywnego ekranu, w zależności od sposobu przygotowania powierzchni (szlifowanie, polerowanie) i wykorzystania zjawiska rozpylania katodowego. Przedstawiono również topografię oraz stan chropowatości powierzchni azotku tytanu – zewnętrznej strefy warstwy azotowanej typu TiN + Ti2N + α-Ti(N).

EN

Surface treatments of titanium biomaterials are increasingly used in forming the properties of titanium bone and cardiac implants such as: wear resistance, athrombogenic properties, biological activity, wetability or fatigue strength. Properties of these layers like surface topography, chemical and phase composition and morphology can affect their residual stresses state and can be modified with several different process parameters. This paper presents the phase composition and residual stress state analysis, using sin2ψ and GID-sin2ψ methods, of nitrided layers produced on Ti6Al4V titanium alloy at 650°C in cathode and plasma potential (active screen plasma nitriding) according to mechanical state of the surface before the nitriding process (polishing, grinding) using the cathode sputtering phenomena. The topography and surface roughness parameters of produced titanium nitride TiN outer zone of TiN + Ti2N + α-Ti(N) diffusive layers are presented.

16

Receiving and the capacitive profile of the capacitors arrangements on the base of natural rubber with the addition of SrCl2 or ZnCl2 and the active carbon

Borowski J., Borowski T.

International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy

|

2013

|

Vol. 4

9-14

EN

In an easy way presented, how to receive cheap capacitive materials with changeable capacitance depending on demand. The examination of capacitive properties /characteristics/ has been determined in temperature of 20 °C. Average range of the capacitance oscillated between 23 and 41 F/g. The capacitive arrangements were marked on the arrangements with resistors and the decades capacitors.

17

Actual picture of the law of universal gravitation and the quantum gravity theory describing the real state of the universe

Borowski T.

International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy

|

2013

|

Vol. 11

44--53

EN

This paper presents the real sense of the classical and quantum theory of gravitation as a component of the actual picture of the universe where the volume, as the size of the expanding universe, approaches infinity, while the total of material masses goes to zero. At present, these two standard theories describe the phenomenon of gravitation but do not explain the very mechanism and the cause of this process. This constant and real lack of information on that subject is consistent with natural laws and the same with the laws of physics, which were already experimentally determined by Werner Heisenberg in 1927. The paper also presents the causes of inability to explain up to the present the actual picture of the essence of the universe.

18

Mikrostruktura i właściwości warstw tlenoazotowanych wytworzonych w obróbce hybrydowej w niskotemperaturowej plazmie

Tarnowski M., Sowińska A., Oleksiak J., Borowski T., Czarnowska E., Wierzchoń T.

Engineering of Biomaterials

|

2013

|

Vol. 16, no. 120

13--18

PL

Szczególne właściwości tytanu i jego stopów, takie jak: niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa oraz dobra odporność na korozję i korzystny moduł Younga w zestawieniu z powszechnie stosowanymi stalami chirurgicznymi na implanty kostne powodują, że znajdują one coraz szersze zastosowanie w medycynie. Obecnie jednym z rozwijanych kierunków badań w aspekcie poprawy biozgodności tytanu i jego stopów jest poprawa łączenia się implantu z kością poprzez zwiększenie adhezji oraz aktywacji płytek krwi. Cel ten można osiągnąć poprzez zastosowanie technik inżynierii powierzchni, takich jak metody PVD i CVD, implantację jonów oraz obróbki jarzeniowe, np. tlenoazotowanie w niskotemperaturowej plazmie. Celem niniejszych badań była ocena mikrostruktury (SEM), składu chemicznego (EDS), topografii powierzchni (profilometr optyczny), mikrotopografii oraz mikrochropowatości powierzchni (AFM), mikrotwardości, odporności korozyjnej w roztworze Ringera (metoda potencjodynamiczna) oraz biozgodności warstw tlenoazotowanych wytworzonych podczas procesu tlenoazotowania jarzeniowego w niskotemperaturowej plazmie w temperaturze 650°C. Dyfuzyjna warstwa typu TiO2+TiN+Ti2N+aTi(N) wytworzona na stopie tytanu Ti6Al4V charakteryzuje się wysoką twardością, dobrą odpornością korozyjną i wyższą, niż stop tytanu w stanie wyjściowym, twardością. Badania biozgodności w zakresie adhezji i aktywacji płytek krwi wykazały, że adherowały one w większym stopniu i wykazywały cechy większej aktywacji na warstwach tlenoazotowanych niż na stopie tytanu Ti6Al4V w stanie wyjściowym. Rezultaty wskazują, że wytworzenie warstwy tlenoazotowanej pozwala poprawić właściwości biomateriałów tytanowych w aspekcie integracji z kością.

EN

Specific properties of titanium and its alloys such as: low density, high tensile strength, good corrosion resistance and advantageous elastic modulus in comparison to commonly used surgical steels for bone implants are the reasons for their wider application in medicine. Nowadays, one of the most expandable directions of investigation in the aspect of enhancing biocompatibility of titanium and its alloys is improvement of platelets adhesion and activation to bone implant. This goal can be achieved through the use of several surface engineering methods like PVD and CVD methods, ion implantation and treatment in glow discharge conditions like low temperature plasma oxynitriding. This study was aimed to evaluate the microstructure (SEM), chemical composition (EDS), topography (optical profilometer), microtopography and microroughness (AFM), microhardness, corrosion resistance in Ringer solution (potentiodynamic method) and biocompatibility of oxynitrided surface layer produced at low temperature of glow discharge process. The diffusive surface layer of TiO2+TiN+T2N+aTi(N) type produced on Ti6Al4V titanium alloy exhibited advantageous properties such as high hardness, good corrosion resistance and higher than titanium alloy microhardness. Biocompatibility investigated in range of platelets adhesion and activation revealed that these cells adhered in higher extent and dislayed morphological features of larger activation on oxynitrided layer compared to titanium alloy. Results suggest that produced oxynitrided surface layer have a potential to improve titanium biomaterials in rage of integration with bone.

19

Kształtowanie właściwości austenitycznej stali REX 734 w procesach obróbek jarzeniowych połączonych z wytwarzaniem powłok węglowych

Borowski T., Brojanowska A., Popławski K, Rajchel B., Rożniatowski K., Wierzchoń T.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 12

558-563

PL

Stale austenityczne wykazują niezadowalającą twardość i odporność na korozję wżerową w środowisku płynów fizjologicznych. Dlatego podejmowanych jest wiele przedsięwzięć w celu modyfikacji ich właściwości oraz trwałości. W celu modyfikacji właściwości użytkowych stali REX 734, takich jak odporność korozyjna i odporność na zużycie przez tarcie, zastosowano niskotemperaturowe (<=380°C) procesy azotowania i węgloazotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego połączone z procesem wytwarzania powłoki węglowej w jednym cyklu technologicznym. W pracy przedstawiono wyniki badań mikrostruktury powierzchni wytworzonych warstw, składu chemicznego i fazowego oraz badania właściwości użytkowych takich jak twardość, odporność na zużycie przez tarcie i odporność korozyjna. Zastosowane węgloazotowanie jarzeniowe połączone z wytwarzaniem powłoki węglowej w jednym procesie technologicznym wpłynęło na poprawę odporności korozyjnej w roztworze Ringera oraz istotnie zwiększyło odporność na zużycie przez tarcie stali austenitycznej.

EN

Austenitic stainless steels are characterized by unsatisfactory hardness and pitting corrosion resistance in a physiological liquid environment. In order to modify REX 734 steel functional properties, such as corrosion resistance and frictional wear resistance, low-temperature (<=380°C) glow discharge nitriding and carbonitriding processes were applied in combination with the process of producing carbon coating in one technological cycle. The work presents the results of examinations of produced layers surface microstructure, their chemical and phase composition as well as examinations of their functional properties, such as hardness, frictional wear resistance and corrosion resistance. Application of glow discharge carbonitriding combined with producing of carbon coating in one technological process influenced the improvement of corrosion resistance in Ringer's solution and significantly increased wear resistance of austenitic stainless steel.

20

Analiza wpływu warstw azotowanych i węgloazotowanych oraz powłoki węglowej wytworzonych w warunkach wyładowania jarzeniowego na odporność korozyjną stali martenzytycznej AISI 420F

Brojanowska A., Borowski T., Popławski K., Wierzchoń T.

Ochrona przed Korozją

|

2012

|

nr 5

246-250

PL

Badano warstwy azotowane i węgloazotowane jarzeniowo wytworzone w temperaturze 400°C oraz powłokę węglową wytworzoną w temperaturze 370°C na stali martenzytycznej AISI 420F (3H13 wg PN) w aspekcie modyfikacji odporności korozyjnej oraz odporności na zużycie przez tarcie. Badania odporności korozyjnej wytworzonych warstw przeprowadzono metodą spektroskopii impedancyjnej oraz potencjodynamiczną w 0,5 M roztworze wodnym NaCl. Wykonano również badania morfologii, chropowatości powierzchni warstw i powłoki oraz obserwację zniszczeń na tych powierzchniach po badaniach korozyjnych. Analizę składu fazowego wytworzonych warstw dyfuzyjnych wykonano przy użyciu dyfraktometrii rentgenowskiej, z kolei badania struktury powłoki węglowej zrealizowano za pomocą spektroskopii ramanowskiej. Na wytworzonych warstwach wykonano również pomiary twardości i badanie odporności na zużycie przez tarcie metodą "trzy wałeczki-stożek" pod obciążeniem jednostkowym 600 MPa. Uzyskane wyniki badań wykazały znaczący wpływ warstwy azotowanej i węgloazotowanej oraz powłoki węglowej wytwarzanych w warunkach wyładowania jarzeniowego na odporność korozyjną, a także odporność na zużycie przez tarcie stali AISI 420F.

EN

In the study an infuence of nitrided and carbonitrided layers produced by glow discharge method at the temperature of 400oC as well as carbon coating produced at a temperature of 370°C on martensitic steel AISI 420F (3H13 acc. to PN) on corrosion resistance and frictional wear resistance was investigated. Corrosion resistance of produced layers was examined by potentiodynamic method and impedance spectroscopy in 0.5 M water solution of NaCl. Examinations of layer and coating surface morphology and roughness were also made as well as an analysis of surface degredation resulting from corrosion examinations. Phase analysis of the produced diffusive layers was made with a use of X-ray diffractometer while examinations of carbon coating structure were made by Raman spectroscopy. Hardness measurements of the produced layers were also made and frictional wear resistance was tested by the "three rollers-cone" method under unit load of 600 MPa. Investigation results demonstrate a significant influence of nitrided and carbonitrided layers as well as carbon coatings produced in glow discharge conditions on corrosion resistance and frictional wear resistance of AISI 420F steel.