Dwufazowy stop tytanu Ti6Al4V, z uwagi na obecność wanadu i jego kancerogenne oddziaływanie w wyniku zjawiska metalozy, jest coraz częściej zastępowany przez tzw. bezwanadowe stopy tytanu wykazujące zbliżone parametry wytrzymałościowe, np. Ti6Al7Nb. W pracy przedstawiono wyniki porównawczych badań odporności korozyjnej stopu Ti6Al7Nb przed i po procesach azotonawęglania jarzeniowego na potencjale plazmy, tj. z wykorzystaniem tzw. aktywnego ekranu oraz na potencjale katody. Badania odporności korozyjnej warstw azotonawęglanych na stopie Ti6Al7Nb przeprowadzono metodą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) oraz metodą potencjodynamiczną w roztworze Ringera w temperaturze 37°C. Wyniki uzupełniono badaniami mikrostruktury wytwarzanych warstw i pomiarami chropowatości powierzchni. Uzyskane wyniki wykazały, że rodzaj procesu azotonawęglania wpływa na mikrostrukturę i odporność korozyjną wytwarzanych warstw powierzchniowych. Słowa kluczowe: warstwy azotonawęglane, stopy tytanu, odporność korozyjna, roztwór Ringera 1. Wstęp Dobre właściwości mechaniczne, bardzo dobra odporność na korozję w wielu agresywnych środowiskach oraz biozgodność umożliwiają stosowanie tytanu i jego stopów w licznych aplikacjach medycznych [1-4]. Najczęściej stosowanym stopem tytanu jest Ti6Al4V, nazywany nawet stopem medycznym. Wykonuje się z niego przede wszystkim instrumentarium medyczne oraz implanty kostne i kardiologiczne, jednak ze względu na obecność w składzie chemicznym wanadu jego dalsze stosowanie jest kwestionowane [5-7]. Wanad powszechnie uznawany jest za pierwiastek alergizujący i kancerogenny, powodujący powstawanie stanów zapalnych [2, 6]. Stąd też opracowuje się nowe bezwanadowe stopy tytanu o właściwościach mechanicznych zbliżonych do stopu Ti6Al4V. W przypadku aplikacji medycznych wprowadza się pierwiastki biozgodne, jednocześnie, podobnie jak wanad, stabilizujące fazę β, o wysokiej odporności korozyjnej (m.in. Nb, Ta, Zr)[...]

Azotowanie jarzeniowe jest obróbką cieplno-chemiczną tytanu i jego stopów pozwalającą na zwiększenie ich właściwości użytkowych, m.in. odporności na korozję i zużycie w warunkach tarcia oraz wytrzymałości zmęczeniowej [1]. Metoda ta ma wady, uniemożliwia obróbkę elementów o małych rozmiarach i skomplikowanym kształcie. Występuje efekt krawędziowy spowodowany gromadzeniem się ładunku elektrycznego na krawędziach detalu, także efekt katody wnękowej oraz nierównomierne nagrzewanie się objętości materiału o zróżnicowanym przekroju poprzecznym. Zjawisko rozpylania katodowego występujące w obróbce jarzeniowej wpływa także na rozwinięcie mikrotopografii powierzchni obrabianych detali. Rozwiązaniem problemów związanych z "tradycyjnym" azotowaniem jarzeniowym jest azotowanie jarzeniowe z ekranem aktywnym (na potencjale plazmy, w obszarze plazmy, floating potential). Ekran aktywny pozwala na swobodny przepływ gazów atmosfery reaktywnej w układzie z katodą i jest wykonany z tego samego materiału co element obrabiany. Element znajduje się wewnątrz ekranu i jest odizolowany izolatorem (np. ceramiką) od przyłożonego do układu napięcia. Jednocześnie ze względu na aktywację przepływającego wewnątrz ekranu gazu reaktywnego przyjmuje ładunek ujemny o dużo mniejszej wartości niż ekran aktywny. Utworzone warstwy są dyfuzyjne. Tworzą się zarówno przez dyfuzję azotu w głąb materiału podłoża, jak i przez rozpylanie katodowe ekranu. Ekran aktywny przez promieniowanie ciepła nagrzewa także obrabiane wewnątrz niego elementy do wymaganej temperatury [2÷7]. W artykule przedstawiono wyniki badań mikrostruktury, składu fazowego, topografii powierzchni, twardości, odporności na zużycie przez tarcie i odporności na korozję warstw wytworzonych w procesie azotowania jarzeniowego z użyciem ekranu aktywnego na podłożu stopu tytanu Ti-6Al-4V w zależności od czasu procesu i odległości podłoża od ekranu aktywnego. Ustalono różnice w morfologii mikrostruktury i to[...]

  W artykule analizowano wpływ niskotemperaturowego azotowania jarzeniowego w obszarze plazmy (active screen plasma nitriding) na odporność korozyjną tytanu Grade 2. Do badań wybrano warstwy azotowane wytworzone w dwóch procesach różniących się temperaturą obróbki - 620°C i 680°C. Badania potwierdziły wzrost odporności korozyjnej warstw azotowanych w porównaniu do materiału podłoża oraz wykazały, że wraz ze wzrostem temperatury procesu azotowania odporność korozyjna warstw azotowanych rośnie. Słowa kluczowe: tytan Grade 2, azotowanie jarzeniowe, azotowanie jarzeniowe w obszarze plazmy, odporność korozyjna.1. Wstęp Tytan i jego stopy znajdują coraz szersze zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu, a także w medycynie, m.in. w kardiochirurgii, stomatologii oraz jako implanty kostne, np. stawu biodrowego, czy kolanowego. Dzieje się tak ze względu na ich niską gęstość, dobre właściwości mechaniczne oraz odporność korozyjną, a także doskonałą biozgodność [1-4]. Niemniej jednak niska twardość, słaba odporność na zużycie przez tarcie, występowanie zjawiska metalozy, a także wysoka trombogenność w kontakcie z krwią ograniczają zastosowanie tytanu w medycynie [5, 6]. W celu poprawy tych niekorzystnych właściwości tytanu i jego stopów stosuje się różne obróbki powierzchniowe. Jedną z nich jest azotowanie jarzeniowe (niskotemperaturowe < 800°C i wysokotemperaturowe 800÷900°C), które pozwala na wytworzenie warstw dyfuzyjnych typu TiN+Ti2N+αTi(N), charakteryzujących się dużą twardością, dobrą odpornością na zużycie przez tarcie oraz eliminujących zjawisko metalozy [7, 8]. Azotowanie jarzeniowe z wykorzystaniem aktywnego ekranu (na potencjale plazmy, w obszarze plazmy) jest modyfi kacją konwencjonalnego procesu azotowania jarzeniowego. W procesie tym detal obrabiany odizolowany jest od układu elektrycznego i znajduje się wewnątrz tzw. aktywnego ekranu, który pozwala na swobodny przepływ mieszaniny gazowej i stanowi katod[...]

  The paper presents an analysis of the infl uence of low temperature active screen plasma nitriding on the corrosion resistance of titanium Grade 2. Two types of nitriding layers, one produced at 620°C and the other at 680°C, were examined. The results obtained confi rm an improvement of Grade 2 titanium corrosion resistance after glow-discharge nitriding and demonstrate that the corrosion resistance of a nitrided layer increases along with a rise in process temperature. Keywords: titanium Grade 2, active screen glow discharge nitriding, corrosion resistance.1. Introduction Titanium and its alloys are fi nding increasingly wider applications in various industries, including medicine, e.g. in cardiac surgery, dentistry and as bone implants in hip or knee joints. Their popularity is mainly due to the materials’ low density, good mechanical properties and corrosion resistance, as well as excellent biocompatibility [1-4]. However, their low hardness, poor wear resistance, metallosis phenomena, as well as high thrombogenicity in contact with blood, limits the use of titanium in medicine [5, 6]. In order to improve the properties of titanium and its alloys, various surface treatment methods are employed. One of them is low temperature glow-discharge nitriding (low-temperature < 800°C), which is used to produce TiN+Ti2N+αTi(N) diffusion layers, which are characterized by high hardness, good wear resistance and which eliminate the metallosis phenomena [7, 8]. Active screen plasma nitriding (glow discharge nitriding in plasma region) is a modifi cation of the conventional glow-discharge nitriding process. The process requires the treated samples to be isolated from the electrical circuit and to be located inside the so-called active screen, which allows for the fl ow of the gas mixture and which functions as a cathode (Fig. 1). The workpiece heats up as a result of convection and heat radiation coming from the scree[...]

  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 potencjodynamiczną 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. Słowa kluczowe: stopy z pamięcią kształtu, tlenoazotowanie jarzeniowe, niskotemperaturowa plazma, odporność korozyjna, roztwór Hanka Infl uence of oxynitriding glow-discharge parameters on corrosion resistance of NiTi shape memory alloy 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’[...]

Tytan i jego stopy znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie jako implanty, instrumentarium medyczne czy też elementy urządzeń medycznych. Charakteryzują się one bowiem dobrymi właściwościami mechanicznymi i dużą biozgodnością [1]. Jednak ze wględu na przechodzenie składników stopu do otaczających tkanek, tj. zjawisko metalozy [2], są prowadzone prace w zakresie wytwarzania nowych stopów tytanu dla potrzeb medycznych, jak też w coraz większym stopniu wprowadza się różne obróbki powierzchniowe zwiększające ich odporność korozyjną, z którą wiąże się bezpośrednio biozgodność [3÷5]. Jest to o tyle istotne, że w przypadku powszechnie stosowanego w medycynie, szczególnie jako implanty kostne, stopu Ti6Al4V składnik stopu (wanad) charakteryzujący się cytotoksycznymi właściwościami przechodzi do otaczających tkanek, bowiem tworzący się tlenek wanadu V2O5 charakteryzuje się dobrą rozpuszczalnością w płynach fizjologicznych. Dlatego stop tytanu Ti6Al4V zastępowany jest m.in. stopem Ti6Al7Nb, a w wielu przypadkach, np. w stomatologii, tytanem. Jednym z perspektywicznych kierunków w inżynierii powierzchni tytanu i jego stopów są procesy obróbek jarzeniowych, w tym proces azotowania jarzeniowego w obszarze plazmy (active screen plasma nitriding). Azotowanie jarzeniowe z wykorzystaniem aktywnego ekranu, określane także jako azotowanie na potencjale plazmy (w obszarze plazmy), jest modyfikacją konwencjonalnego procesu azotowania w warunkach wyładowania jarzeniowego. W procesie tym obrabiane detale są odizolowane od układu elektrycznego i znajdują się wewnątrz tzw. aktywnego ekranu, który pozwala na swobodny przepływ mieszaniny gazowej i stanowi katodę (rys. 1). Obrabiany element nagrzewa się więc głównie w wyniku konwekcji i promieniowania ciepła z ekranu. Podczas procesów w obszarze plazmy jest ograniczone również zjawisko rozpylania katodowego oraz efekt tzw. katody wnękowej, co pozwala na obróbkę detali o niewielkich rozmiarach, ci[...]

Polietero-eteroketon (PEEK) ze względu na swoją biozgodność oraz odporność na działanie płynów fizjologicznych i korzystne własności mechaniczne jest materiałem, z którego są powszechnie wytwarzane elementy protez układu kostnego człowieka [1, 2]. Właściwości te można poprawić, formując na ich powierzchni powłoki węglowe, również domieszkowane aktywnymi biologicznie pierwiastkami. W szczególności zarówno uwodornione amorficzne powłoki węglowe (a-C:H) [3÷5], jak i uwodornione amorficzne powłoki węglowe domieszkowane azotem (a-C:N:H) [3, 6, 7] mogą poprawić własności użytkowe elementów protez wykonanych z PEEK. Własności fizykochemiczne tego typu powłok zależą od parametrów metody zastosowanej do ich uformowania. W prezentowanej pracy omówiono własności i mikrostrukturę powłok typu a-C:N:H uformowanych metodą RF-CVD na powierzchni polietero-eteroketonu PEEK-T [3]. Przedstawiono parametry powłok uzyskane z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej i AFM, konfokalnej dyspersyjnej mikrospektroskopii ramanowskiej oraz próby zarysowania [8]. W prezentowanej pracy szczególną uwagę zwrócono na morfologię powierzchni powłoki, na naprężenia w powłoce oraz jej adhezję do podłoża. METODYKA BADAŃ Warstwy amorficznego uwodornionego węgla modyfikowanego azotem (a-C:N:H, zawartość azotu ok. 19% at.) wytwarzano na szlifowanym na papierach ściernych o gradacji do 2000 kompozycie polimerowym PEEK T, zawierającym 15% włókien węglowych i 5% grafitu. Powłoki uformowano w procesie RF-CVD (Radio Frequency CVD) w atmosferze metanu, azotu oraz argonu (5:1:1), przez 15 minut, pod ciśnieniem w komorze roboczej 1 Pa, stosując moc generatora RF równą 600 W. Warstwy miały grubość około 300 nm i zostały poddane badaniu przyczepności w próbie zarysowania (urządzenie Revetest firmy ICM) przy wzrastającym nacisku od 1 do 3 N wgłębnikiem diamentowym Rockwella. Długość rysy wykonanej w trakcie badania wynosiła 5 mm. W badaniach topografii powierzchni wykorzystano[...]

  Procesy azotowania jarzeniowego są coraz szerzej stosowane w obróbce tytanu i jego stopów w aspekcie zastosowań w medycynie zarówno na implanty kardiologiczne, jak i kostne [1, 2]. W zależności od zastosowań i wymaganej topografii powierzchni gotowego wyrobu obróbki jarzeniowe prowadzi się według technologii klasycznej (na potencjale katody) lub z wykorzystaniem aktywnego ekranu (na potencjale plazmy) [3, 4] w różnej temperaturze obróbki jarzeniowej. Zmiana temperatury procesów jarzeniowych (procesy niskotemperaturowe ≤ 700°C i wysokotemperaturowe ≥ 800°C) wpływa na zmiany podstawowych parametrów użytkowych (odporność korozyjna, odporność na zużycie) stopów tytanu przy zachowaniu zbliżonego składu fazowego wytworzonych warstw wierzchnich. Dane literaturowe [5] wskazują, że wzrost temperatury klasycznego procesu azotowania jarzeniowego (≥ 800°C) powoduje zmniejszenie odporności korozyjnej warstw wierzchnich przy wzroście ich mikrotwardości i odporności na zużycie. Celem pracy było określenie wpływu technologii wytwarzania warstw azotowanych (na potencjałach katody i plazmy) na zmiany ich odporności korozyjnej w roztworach Ringera i Hanka. METODYKA BADAŃ Materiałem do badań był tytan Grade2 (99,5%Ti). Próbki zastosowane do badań miały wymiary ø20×2 mm. W celu zobrazowania wpływu przygotowania powierzchni na jakość wytworzonych warstw część próbek szlifowano na papierach o gradacji 400, część na papierach do gradacji 1000. Tak przygotowane podłoża poddano procesowi azotowania jarzeniowego w temperaturze 830°C przez 6 godz., w atmosferze czystego azotu pod ciśnieniem w komorze roboczej p = 250 Pa. Badanie topografii powierzchni stopu tytanu przed i po procesie azotowania jarzeniowego wykonano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego Hitachi S-3500N oraz mikroskopu sił atomowych Veeco z kontrolerem MultiMode V. Badania odporności korozyjnej wykonano metodami impedancyjną i potencjodynam[...]

  Stop Ti6Al4V jest szeroko stosowany w przemyśle m.in. w lotnictwie, przemyśle kosmicznym i w medycynie. Jego właściwości mechaniczne kształtuje się przez obróbkę cieplną i plastyczną. Szczególnie obróbka cieplna wpływa na skład fazowy oraz mikrostrukturę stopu, a więc właściwości mechaniczne [1, 2]. Stop ten należy do stopów, które zawierają w strukturze w stanie wyżarzonym od 5 do 20% fazy β. Cechą charakterystyczną tego stopu są dobre właściwości wytrzymałościowe i plastyczne w stanie wyżarzonym, które mogą być kształtowane przez obróbkę cieplną. Jest ona realizowana w temperaturze rzędu 600÷850°C, po uprzednim hartowaniu stopu Ti6Al4V z temperatury 880÷950°C. Umacniająca obróbka cieplna zwiększa wytrzymałość stopu o 20÷30% [1]. Jednocześnie w przemyśle stosuje się coraz szerzej różne obróbki powierzchniowe, które mają na celu zwiększenie twardości, odporności na zużycie przez tarcie, zmniejszenie współczynnika tarcia, zwiększenie aktywności biologicznej stopów tytanu i eliminację przechodzenia składników stopu do otaczających tkanek (tzw. zjawiska metalozy) w przypadku stosowania ich na implanty [3÷6]. Wśród metod inżynierii powierzchni coraz większą rolę odgrywają obróbki jarzeniowe, tj. procesy azotowania i tlenoazotowania, szczególnie w aspekcie zastosowań w medycynie, które gwarantują dobre właściwości biologiczne i dużą odporność na zużycie przez tarcie, a więc mogą być stosowane na implanty długoterminowego użytkowania [5÷9]. Obniżenie temperatury procesu azotowania jest bardzo ważne w aspekcie zachowania dobrych właściwości mechanicznych dwufazowego stopu tytanu Ti6Al4V. Dane literaturowe [10, 11] wykazują możliwość wytwarzania cienkich warstw dyfuzyjnych w temperaturze poniżej 680°C na stopie Ti6Al4V, jednak brak jest informacji o właściwościach użytkowych tych warstw. METODYKA BADAŃ Do badań użyto dwufazowy stop tytanu Ti6Al4V - najczęściej stosowany w przemyśle (skład chemiczny [% wag.]: Al - 6,11%, V - 4,[...]

  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. Słowa kluczowe: tytan Grade 2, azotowanie jarzeniowe, tlenoazotowanie jarzeniowe, odporność korozyjna, elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna Corrosion resistance of nitrided and oxynitrided layers produced on titanium Grade 2 in glow discharge assisted processes Specifi c properties of titanium and its alloys, such as: low density, high specifi c 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 G[...]