Wpływ temperatury utleniania na właściwości niobu w kontekście jego zastosowań biomedycznych
Autorzy
Tomasz Borowski a *, Katarzyna Zielińska a, Maciej Spychalski a, Bogusława Adamczyk-Cieślak a, Łukasz Żrodowski a,b a Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej, Warszawa, Polska
b AMAZEMET Sp. z o.o., Al. Jana Pawła II 27, 00-867 Warszawa, Polska * Autor korespondencyjny: tomasz.borowski@pw.edu.pl (T. Borowski)
Streszczenie
Przeprowadzono czterogodzinne procesy utleniania niobu w atmosferze powietrza w temperaturach 400 ◦C, 425 ◦C, 450 ◦C i 500 ◦C. W celu scharakteryzowania wytworzonych warstw zbadano mikrostrukturę przekroju poprzecznego, skład chemiczny i fazowy oraz chropowatość powierzchni. Właściwości mechaniczne powierzchni określono wykonując testy mikrotwardości Vickersa. W celu weryfikacji właściwości z biologicznego punktu widzenia przeprowadzono analizę kąta zwilżania i testy korozyjne w roztworze Ringera. Wyniki wykazały tworzenie się warstw składających się ze stałego roztworu tlenu w niobie Nb(O) w temperaturze utleniania 400 ◦C, roztworu Nb(O) i pięciotlenku niobu Nb2O5 w temperaturze 425 ◦C oraz Nb2O5 w temperaturze 450 ◦C i 500 ◦C. Zwiększenie temperatury utleniania spowodowało wzrost twardości i chropowatości powierzchni, a każdy proces przyczynił się do poprawy odporności na korozję. Utlenianie w zbyt wysokiej temperaturze (≥450 ◦C) spowodowało degradację powierzchni materiału ze względu na niską odporność cieplną niobu. Przy 450 ◦C widoczne były pierwsze pęknięcia w materiale, a przy 500 ◦C warstwa była niejednorodna, krucha i uległa znacznemu wykruszeniu. Najwyższą twardość, chropowatość i właściwości hydrofobowe wykazał niob utleniony w temperaturze 500 ◦C, który w tej temperaturze uległ degradacji powierzchniowej. Z kolei niob utleniany w temperaturze 400 ◦C i 425 ◦C wykazał wyjątkowe właściwości w aspekcie biologicznym, osiągając zarówno wysoką hydrofilowość, jak i najwyższą odporność na korozję.
Słowa kluczowe
Niob, utlenianie, mikrostruktura, korozja, kąt zwilżania, inżynieria powierzchni
Udostępnij tego posta!
