Imbirovych, N., Boiarskyi, M., & Boiarska, I.
(2024).
Abrasion resistance of titanium-based biofunctionalised oxide ceramic coatings.
Commodity Bulletin,
17(2),
63-71.
https://doi.org/10.62763/cb/2.2024.63
ISSN 2310-5283
e-ISSN 3041-1432
УДК 67; 68; 33
Стійкість до стирання біофункціональних оксидних керамічних покриттів на основі титану
Отримано 14.08.2024, Доопрацьовано 10.11.2024, Прийнято 03.12.2024
Анотація
Вимоги сучасного виробництва до деталей є надзвичайно високими. Особливу увагу приділяють частинам, що працюють у механізмах тертя. Титанові сплави характеризуються низькою зносостійкістю та здатністю прилипати до поверхонь із більшою твердістю. Тому нанесення зносостійких покриттів на поверхню титанових сплавів є актуальним завданням. Метою даної роботи було підвищення експлуатаційних властивостей титанових сплавів шляхом створення захисних покриттів на їхній поверхні. У роботі досліджувалася зносостійкість покриттів, отриманих методом плазмового електролітного оксидування (ПЕО), на титанових сплавах. Експериментальні дослідження показали, що покриття мають у своїй структурі різні оксиди (стехіометричні та нестехіометричні). Нестехіометричні оксиди характеризуються низькими фізикомеханічними властивостями та накопичуються в порах після первинного зношування. У процесі зношування нестехіометричний оксид виконує функцію мастила, що позитивно впливає на їхні трибологічні властивості. Встановлено, що нанесення покриття на поверхню титанових сплавів збільшує зносостійкість у 10 разів. Межа між металевою основою та покриттям є нерівномірною, що забезпечується плавленням поверхні титанових сплавів під час ПЕО. Ця особливість демонструє високі адгезійні властивості покриттів, сформованих методом ПЕО, до титанової основи. У роботі встановлено залежність розмірів і форми пор від режимів обробки. Виявлено, що розмір пор на поверхні покриття становить 10...70 мкм, а матеріал покриття характеризується високою внутрішньою пористістю. Встановлено, що пористі покриття плавляться всередині, тому пористість є відкритою, але не наскрізною. Досліджена властивість покриттів має значення для імплантології, оскільки забезпечує з’єднання м’язової тканини з імплантом без утворення капсули
Ключові слова:
фосфати; тертя; плазмове електролітне оксидування; довговічність; зношування; пористість
ЦИТУВАТИ
563 Перегляди
Використані джерела
[1] Aliasghari, S., Skeldon, P., & Thompson, G.E. (2014). Plasma electrolytic oxidation of titanium in a phosphate/silicate electrolyte and tribological performance of the coatings. Applied Surface Science, 316, 463-476. doi: 10.1016/j.apsusc.2014.08.037.
[2] Babaei, K., Fattah-alhosseini, A., & Molaei, M. (2020). The effects of carbon-based additives on corrosion and wear properties of plasma electrolytic oxidation (PEO) coatings applied on aluminum and its alloys: A review. Surfaces and Interfaces, 21, article number 100677. doi: 10.1016/j.surfin.2020.100677.
[3] Bocchetta P., Chen L.-Y., Tardelli J.D.C., dos Reis, A.C., Almeraya-Calderón, F., & Leo, P. (2021). Passive layers and corrosion resistance of biomedical Ti-6Al-4V and β-Ti alloys. Coatings, 11(5), article number 487. doi: 10.3390/coatings11050487.
[4] Elias, L.M., Schneider, S.G., Schneider, S., Silva, H.M., & Malvisi, F. (2006). Microstructural and mechanical characterization of biomedical Ti–Nb–Zr(–Ta) alloys. Materials Science and Engineering: A, 432(1-2), 108-112. doi: 10.1016/j.msea.2006.06.013.
[5] Fakhr Nabavi, H., & Aliofkhazraei, M. (2019). Morphology, composition and electrochemical properties of bioactive-TiO2/HA on CP-Ti and Ti6Al4V substrates fabricated by alkali treatment of hybrid plasma electrolytic oxidation process (estimation of porosity from EIS results). Surface and Coatings Technology, 375, 266-291. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.07.032.
[6] Fakhr Nabavi, H., Aliofkhazraei, A., & Sabour Rouhaghdam, A. (2017). Electrical characteristics and discharge properties of hybrid plasma electrolytic oxidation on titanium. Journal of Alloys and Compounds, 728, 464-475. doi: 10.1016/j.jallcom.2017.09.028.
[7] Geetha, M., Singh, A.K., Asokamani, R., & Gogia, A.K. (2009). Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants – a review. Progress in Materials Science, 54(3), 397-425. doi: 10.1016/j.pmatsci.2008.06.004.
[8] Imbirovych, N.Y., Zvirko, O.I., & Kurzydlowski, K.-J. (2023). Morphology and porosity of the surface of titanium alloys after plasma-electrolytic oxidation in an alkaline environment with diatomite. Materials Science, 59(4), 451-458. doi: 10.1007/s11003-024-00797-4.
[9] Jakubowicz, J. (2020). Special issue: Ti-based biomaterials: Synthesis, properties and applications. Materials, 13(7), article number 1696. doi: 10.3390/ma13071696.
[10] Kaur, M., & Singh, K. (2019). Review on titanium and titanium based alloys as biomaterials for orthopaedic applications. Materials Science and Engineering: C, 102, 844-862. doi: 10.1016/j.msec.2019.04.064.
[11] Korzhyk, V., Berdnikova, O., Stukhliak, P., Kushnarova, O., Zhao, J.J., & Skachkov, I. (2024). Strength and crack resistance structural criteria of composite coatings produced by the method of multi-chamber detonation spraying. Solid State Phenomena, 355, 123-129. doi: 10.4028/p-qjM7yA.
[12] Kurup, A., Dhatrak, P., & Khasnis, N. (2021). Surface modification techniques of titanium and titanium alloys for biomedical dental applications: A review. Materials Today: Proceedings, 39, 84-90. doi: 10.1016/j.matpr.2020.06.163.
[13] Chen, L., Wei, K., Qu, Y., Li, T., Chang, B., Liao, B., & Xue, W. (2018). Characterization of plasma electrolytic oxidation film on biomedical high niobium-containing β‑titanium alloy. Surface and Coatings Technology, 352, 295-301. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.025.
[14] Lu, X., Blawert, C., Zheludkevich, M.L., & Kainer, K.U. (2015). Insights into plasma electrolytic oxidation treatment with particle addition. Corrosion Science, 101, 201-207. doi: 10.1016/j.ceramint.2024.08.484.
[15] Mortazavi, G., Jiang, J., & Meletis, E.I. (2019). Investigation of the plasma electrolytic oxidation mechanism of titanium. Applied Surface Science, 488, 370-382. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.05.250.
[16] Qin, J., Shi, X., Li, H., Zhao, R., Li, G., Zhang, S., Ding, L., Cui, X., Zhao, Y., & Zhang, R. (2022). Performance and failure process of green recycling solutions for preparing high degradation resistance coating on biomedical magnesium alloys. Green Chemistry, 24, 8113-8130. doi: 10.1039/D2GC02638D.
[17] Riabchykov, M., Furs, T., Alexandrov, A., Tsykhanovska, I., Hulai, O., & Shemet, V. (2023a). Specified parameters in designing porous materials using magnetic nanotechnologies. Journal of Engineering Sciences, 10(2), 56-62. doi: 10.21272/jes.2023.10(2).c7.
[18] Riabchykov, M., Tkachuk, O., Nazarchuk, L., & Alexandrov, A. (2023b). Conditions for the open pores formation in medical textile materials for the treatment of wounds using iron oxide nanopowders. Materials Research Express, 10(1), article number 015401. doi: 10.1088/2053-1591/acadcf.
[19] Usmaniya, N., Shishir, R., Ponnilavan, V., Rama Krishna, L., & Rameshbabu, N. (2024). Development of hydroxyapatite/bioactive glass incorporated chitosan layer on plasma electrolytic oxidised ZM21 alloy for temporary implant applications. Journal of Alloys and Compounds, 1004, article number 175723. doi: 10.1016/j.jallcom.2024.175723.
[20] Yuferov, Yu., & Borodianskiy, K. (2024). Ca/P in situ introduction for enhancing coating biocompatibility via plasma electrolytic oxidation in low-temperature molten salt. Open Ceramics, 18, article number 100602. doi: 10.1016/j.oceram.2024.100602.