Phase Composition and Biocompatibility of Coatings Produced on Ti–6Al–5V Titanium Alloy via Diffusion Saturation with Oxygen, Nitrogen, and Carbon

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Ti–6Al–5V titanium alloy was subjected to surface saturation with carbon, nitrogen, and oxygen in order to study the effect of surface modification on its wear resistance and biocompatibility. The alloy was saturated with carbon and nitrogen in low-pressure atmospheres. Oxygenation was carried out by heating the alloy in a solid carburizing agent. The structure and phase state of the grown layers were studied by optical microscopy and X-ray diffraction. General trends in the saturation of the titanium alloy with nonmetals are the formation of a diffusion layer and an increase in the amount of phases based on the α-Ti solid solution, followed by the formation of intermediate phases, such as carbides, nitrides, and oxides differing in stoichiometry, on the surface of the continuous layer. After saturation, the alloy was covered with thin carbide, nitride, and oxide surface layers and had diffusion layers under them. The hardness of the nitrogenated and oxygenated surfaces was 950–1000 HV, and that of the surfaces saturated with carbon was 570 HV. The wear resistance of the alloy was lowest in the as-prepared state and highest after oxygenation. Biocompatibility was assessed from the proliferation of osteoblast-like cells of the MG-63 line. The best biocompatibility was demonstrated by the oxygenated samples, and the biocompatibility of the nitrogenated samples was better than that of the carburized samples. The untreated alloy showed the lowest biocompatibility.

Авторлар туралы

M. Vende

AFK Sistema; Bauman State Technical University

Email: smirnoff@bmstu.ru
125009, Moscow, Russia; 105005, Moscow, Russia

M. Semenov

Bauman State Technical University

Email: smirnoff@bmstu.ru
105005, Moscow, Russia

B. Vintaikin

Bauman State Technical University

Email: smirnoff@bmstu.ru
105005, Moscow, Russia

A. Smirnov

Bauman State Technical University

Email: smirnoff@bmstu.ru
105005, Moscow, Russia

V. El’chaninova

Bauman State Technical University

Email: smirnoff@bmstu.ru
105005, Moscow, Russia

Yu. Vinogradov

Bauman State Technical University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: smirnoff@bmstu.ru
105005, Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Li Y., Yang C., Zhao H., Qu S., Li X. New Developments of Ti-Based Alloys for Biomedical Applications // Materials. 2014. V. 7. № 3. P. 1709–1800. https://doi.org/10.3390/ma7031709
  2. Kyzioł K., Kaczmarek Ł., Brzezinka G., Kyzioł A. Structure, Characterization and Cytotoxicity Study on Plasma Surface Modified Ti–6Al–4V and γ-TiAl Alloys // Chem. Eng. J. 2014. V. 240. P. 516–526. https://doi.org/10.1016/j.phytochem.2012.12.001
  3. Guleryuz H., Cimenoglu H. Oxidation of Ti–6Al–4V Alloy // J. Alloys Compd. 2009. V. 472. № 1–2. P. 241–246. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.04.024
  4. Rodriguez G.M., Bowen J., Zelzer M., Stamboulis A. Selective Modification of Ti6Al4V Surfaces for Biomedical Applications // RSC Adv. 2020. V. 10. № 30. P. 17642–17652. https://doi.org/10.1039/C9RA11000C
  5. López-Huerta F., Cervantes B., González O., Hernández-Torres J., García-González L., Vega R., Soto E. et al. Biocompatibility and Surface Properties of TiO2 thin Films Deposited by DC Magnetron Sputtering // Materials. 2014. V. 7. № 6. P. 4105–4117. https://doi.org/10.3390/ma7064105
  6. Козлов Д.А., Тихонова С.А., Евдокимов П.В., Путляев В.И., Гаршев А.В. Стереолитографическая 3D-печать из суспензий, содержащих диоксид титана // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 12. С. 1721–1728. https://doi.org/10.31857/S0044457X20120090
  7. Ramos-Corella K.J., Sotelo-Lerma M., Gil-Salido A.A., Rubio-Pino J.L., Auciello O., Quevedo-López M.A. Controlling Crystalline Phase of TiO2 Thin Films to Evaluate its Biocompatibility // Mater. Technol. 2019. V. 34. № 8. P. 455-462. https://doi.org/10.1080/10667857.2019.1576821
  8. Skvortsova S., Orlov A., Valyano G., Spektor V., Mamontova N. Wear Resistance of Ti–6Al–4V Alloy Ball Heads for Use in Implants // J. Funct. Biomater. 2021. V. 12. № 4. P. 65. https://doi.org/10.3390/jfb12040065
  9. Januszewicz B., Klimek L. Nitriding of Titanium and Ti6Al4V Alloy in Ammonia Gas under Low Pressure // Mater. Sci. Technol. 2010. V. 26. № 5. P. 586–590. https://doi.org/10.1179/174328409X448501
  10. Duta L., Stan G.E., Popa A.C., Husanu M.A., Moga S., Socol M., Mihailescu I.N. et al. Thickness Influence on in Vitro Biocompatibility of Titanium Nitride Thin Films Synthesized by Pulsed Laser Deposition // Materials. 2016. V. 9. № 1. P. 38. https://doi.org/10.3390/ma9010038
  11. Banaszek K., Klimek L., Zgorzynska E., Swarzynska A., Walczewska A. Cytotoxicity of Titanium Carbonitride Coatings for Prostodontic Alloys with Different Amounts of Carbon and Nitrogen // Biomed. Mater. 2018. V. 13. № 4. P. 045003. https://doi.org/10.1088/1748-605X/aab942
  12. Banaszek K., Klimek L., Dąbrowski J.R., Jastrzębski W. Fretting Wear in Orthodontic and Prosthetic Alloys with Ti(C, N) Coatings // Processes. 2019. V. 7. № 12. P. 874. https://doi.org/10.3390/pr7120874
  13. Seval’nev G.S., Seval’neva T.G., Kolmakov A.G., Dul’nev K.V., Yazvitskii M.Yu. Effect of the Phase Composition of Austenitic–Martensitic VNS9-Sh TRIP Steel on the Characteristics of Dry Sliding Friction in the Tribocontact with ShKh15 Steel // Russ.Metall. (Met.). 2022. № 4. P. 404–410.https://doi.org/10.1134/S0036029522040267
  14. Гинье А. Рентгенография кристаллов. Теория и практика. М.: Физматгиз, 1961. 604 с.
  15. Венде М.Ф., Семенов М.Ю., Смирнов А.Е., Пучков Ю.А., Севальнёв Г.С., Виноградов Ю.И. Влияние азотирования и оксидирования на износостойкость и коррозионную стойкость титанового сплава, легированного цирконием // Металловедение и термическая обработка металлов. 2023. № 2(812). С. 21–28.
  16. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений. Справочник / Под ред. Косолаповой Т.Я. М.: Металлургия, 1986. 927 с.

Қосымша файлдар


© М.Ф. Венде, М.Ю. Семенов, Б.Е. Винтайкин, А.Е. Смирнов, В.А. Ельчанинова, Ю.И. Виноградов, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».