формування поверхневого функціонального шару на титановому сплаві медичного призначення термодифузійним насиченням
DOI:
https://doi.org/10.20535/2519-450x.6.2015.63357Анотація
Титанові сплави знаходять широке застосування в медицині завдяки комбінації низки цінних властивостей: високої питомої міцності, корозійної тривкості та біосумісності. Передові позиції в якості матеріалу для ортопедичних і зубних імплантатів займає титановий сплав ВТ6с системи Ti-Al-V, оскільки він має високі механічні властивості, а також біологічну інертність по відношенню до людського організму. Проте розширення застосування даного сплаву обмежується його недостатньою поверхневою твердістю, високим коефіцієнтом тертя та низькою зносотривкістю. Деградація функціональних властивостей титанових імплантатів відбувається переважно після 10…15 років їх використання. Серед основних причин слід виділити зношування та корозійне руйнування. Для покращення трибологічних і корозійних властивостей цих імплантованих матеріалів використовують різноманітні методи модифікації поверхневого шару металу. Перспективним методом обробки титанових сплавів медичного призначення є термодифузійне насичення в азотовмісному середовищі.
Нітридні покриття на титановому сплаві ВТ6с формували в контрольованому газовому азотовмісному середовищі за температури нижче поліморфного перетворення (Т = 850°С). Зміна парціального тиску азоту в реакційній камері у діапазоні РN2 = 1…105 Па забезпечувала формування поверхневого нітридного шару із різним вмістом складових (ТіN, Ті2N).
Згідно з результатами рентгенівського фазового аналізу, на поверхні титанового сплаву ВТ6с формується нітридна плівка, яка від матриці сплаву відмежована дифузійною зоною (твердий розчин азоту в a-Ті). Фазова плівка складається з нітридів титану δ-TiN і e-Ti2N, вміст яких залежить від парціального тиску азоту. Встановлено, що після азотування в розрідженому азоті частка нітриду TiN складає 4%, а Ti2N – 65%, тоді як в азоті атмосферного тиску – 67 і 18%, відповідно. Отже, після азотування в розрідженому азоті нітридна плівка, в основному, формується за рахунок фази Ti2N, в той час як в азоті атмосферного тиску у нітридній плівці домінує кубічний нітрид TiN. Склад нітриду титану TiN при цьому наближається до стехіометричного. Це підтверджується збільшенням його параметра ґратки від 0,4239 до 0,4248 нм. Зі збільшенням парціального тиску азоту товщина нітридної плівки зростає від 3 до 7 мкм.
Формування нітридної плівки супроводжується мікроструктурними змінами, зокрема ростом кристалітів утворених фаз і релаксацією напружень. На основі аналізу форми дифракційних ліній TiN встановлено, що зі збільшенням парціального тиску азоту розміри кристалітів кубічного нітриду титану зростають від 54,82 до 69,17 нм. Зростання парціального тиску азоту істотно посилює напружений стан. Розрахунок напружень по формі різних ліній TiN (в різних напрямках відбиття) показує близькі значення, що свідчить про ізотропний характер їх розподілу.
Азотування супроводжується формуванням характерного поверхневого рельєфу, що погіршує якість поверхні оброблюваних деталей. Характерна топографія азотованої поверхні – це хвилясті нерівності, що утворюють сітку на поверхні, яка, швидше за все, повторює сітку границь зерен матриці азотованого матеріалу. Збільшення парціального тиску азоту призводить до укрупнення фрагментів рельєфу та зростання параметрів профілю поверхні. Зокрема, параметр Ra зростає від 0,1842 до 0,4219 мкм, а Rz – від 0,7335 до 1,6615 мкм. Загалом, збільшення парціального тиску азоту погіршує якість поверхні сплаву на один квалітет.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2016 Нові матеріали і технології в машинобудуванні
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-nc-nd/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Етика автора:
- Автор (або колектив авторів) несе (чи) відповідальність за новизну і достовірність результатів наукового дослідження. Автори статті повинні надавати достовірні результати проведених досліджень. Завідомо неправдиві або сфальсифіковані затвердження неприйнятні.
- Автори повинні гарантувати, що результати дослідження, викладені в поданій рукописи, повністю оригінальні.
- Запозичені фрагменти або твердження повинні бути оформлені з обов'язковим зазначенням автора та першоджерела.
- Неетичні і неприйнятні надмірні запозичення, а також плагіат в будь-яких формах, включаючи неоформлені цитати, перефразування або привласнення прав на результати чужих досліджень.
- Необхідно визнавати внесок всіх осіб, так чи інакше вплинули на хід дослідження, зокрема, в статті повинні бути представлені посилання на роботи, які мали значення при проведенні дослідження.
- Співавторами статті повинні бути вказані всі особи, які внесли істотний внесок у проведення дослідження.
- Автори не повинні надавати в журнал рукопис, яка була відправлена в інший журнал і знаходиться на розгляді, а також статтю, вже опубліковану в іншому виданні.
Етика редакції:
- Редакція несе відповідальність за оприлюднення авторських творів. При прийнятті рішення про публікацію редактор журналу керується достовірністю представлення даних і наукової значимістю даної роботи.
- Редактор повинен оцінювати інтелектуальний зміст рукописів. Виходячи з принципів конфіденційності неопубліковані дані, отримані з представлених до розгляду рукописів, не повинні використовуватися для особистих цілей або передаватися третім особам без письмової згоди автора.
- Редактор не повинен допускати до опублікування інформацію, якщо є достатньо підстав вважати, що вона є плагіатом.
Етика публікацій:
Журнал є виданням відкритого доступу. Всі статті вільні для перегляду, читання, завантаження та друку.
Матеріали приймаються українською, російською або англійською мовами і відповідно публікуються мовою оригіналу.