Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

Transkrypt

1 BIOMATERIAŁY Metody pasywacji powierzchni biomateriałów Dr inż. Agnieszka Ossowska Gdańsk 2010

2 Korozja -Zagadnienia Podstawowe Korozja to proces niszczenia materiałów, wywołany poprzez czynniki środowiskowe, a zachodzący głównie w wyniku reakcji chemicznej lub elektrochemicznej. Reakcje te przebiegają na powierzchni danego materiału. Klasyfikacja zjawisk korozyjnych przedstawia się następująco: Mechanizm korozji, Typ zniszczeń korozyjnych, Charakter środowiska korozyjnego, Gałęzie przemysłu, Rodzaj metalu. Wszczep o 4-letnim okresie użytkowania

3 Pasywacja metali Pasywnością określa się stan podwyższonej odporności korozyjnej metalu aktywnego w wyniku utworzenia na powierzchni stabilnej, w określonych środowiskach, ph oraz przy danym potencjale warstewki produktów korozji. Są to najczęściej warstewki tlenkowe i wodorotlenkowe. Takie warstewki tworzą się na Metalach takich jak: Cr, Ni, Mo, Ti, Al., Fe i stopach tych metali. Pojęcie to rozszerzono na warstewki solne, trudno rozpuszczalne w danym środowisku, np.: w środowisku kwasów tlenowych lub ich soli, w którym posiadają wyższy potencjał standardowy.

4 Stale implantowe Polerowanie do połysku lustrzanego Obróbka jarzeniowa- azotowanie jrzeniowe Technologie laserowe Metoda zol-żel Metody PVD lub CVD Obróbka elektrochemiczna - anodowanie

5 Technologie laserowe Laser - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania- to kwantowy generator monochromatycznej, spójnej (koherentnej) i spolaryzowanej wiązki światła. Obecnie istnieją lasery zdolne do emisji światła z zakresu widma od nadfioletu do dalekiej podczerwieni. Mechnizm generowania światła przez lasery opiera się na zjawisku wymuszonej emisji promieniowania w ośrodku po odwróceniu (inwersji) obsadzeń. Zasadniczymi elementami lasera są: - ośrodek czynny, - rezonator optyczny, - układ pompujący.

6

7 Implantacja jonowa Implantowanie jonowe w inżynierii materiałowej to proces wbudowywania obcych atomów w ciało stałe. Dokonywany jest poprzez jonizację tych atomów, dostarczania im dużej energii (rozpędzania ich) podczas ich ruchu w polu elektromagnetycznym i kierowanie ich na próbkę ciała stałego. Pozwala to na dawkowanie dowolnych pierwiastków z wysoką precyzją. Głębokość wnikania implantowanych jonów jest niewielka, więc zmiany są powierzchniowe i procesy zewnętrzne (chemikalia, tarcie) mogą szybko zniszczyć taką warstwę. Inną wadą tej metody jest wysoka cena implantatorów i samego procesu. Istotne parametry procesu: Rodzaj implantowanych jonów Energia jonów Dawka implantowanych jonów Gęstość prądu wiązki implantowanych jonów Wiązka jonów: Z 1, M 1, E 0, q Istotne parametry wiązki jonów: - rodzaj jonów: Z 1 - liczba atomowa, M 1 masa jonu, E 0 - energia, q krotność jonizacji Podłoże

8 Metoda zol-żel Proces wytwarzania szkła i materiałów ceramicznych polegający na przejściu układu z ciekłego zolu (zazwyczaj koloidalnego)w fazę stałego żelu, umożliwiający wytwarzanie szkła i ceramiki w rozmaitych postaciach. Zalety: - niska temperatura otrzymywania produktu końcowego - stosunkowo tani i prosty sposób wytwarzania - możliwości formowania różnych struktur o dużej czystości - możliwość zamykania w owych strukturach różnego rodzaju substancji Schemat przemian możliwych do wykonania w procesie zol-żel

9 Puste ziarna sferyczne Al2O3. Warstwy hydroksyapatytu na podlożu tytanowym (Ti).

10 Azotowanie jarzeniowe Zabieg cieplny polegającym na dyfuzyjnym nasyceniu azotem warstwy powierzchniowej stalowego elementu. Proces ten polega na wprowadzeniu do warstwy wierzchniej przedmiotu azotu, który wiąże się z żelazem oraz dodatkami stopowymi, zwłaszcza aluminium, tworząc powierzchniową warstwę azotków, ok. 0,6mm. Proces długotrwały nawet do 100godz. Utworzona warstwa zapewnia polepszenie następujących właściwości: * odporność na ścieranie * wytrzymałość na rozciąganie * twardość * właściwości przeciwkorozyjne (nierdzewność) W wyniku azotowania strefa powierzchniowa utwardza się bez dodatkowej obróbki cieplnej. Azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie.

11 PVD Polega na krystalizacji par metali lub faz z plazmy na powierzchni docelowej. Połączenie naniesionej powłoki i podłoża ma charakter adhezyjny i zależy od czystości podłoża, dlatego też stosuje się chemiczne (zgrubne) i jonowe (dokładne) metody oczyszczania powierzchni. Celem procesu jest wytworzenie cienkich warstw modyfikujacych fizyczne i chemiczne własności powierzchni. Elementrany proces PVD - nanoszenie warstw Al przez odparowanie grzaniem oporowym stałego Al w próżni.

12 CVD Przedmiot: Chemical vapour deposition) jest to jedna z metod obróbki cieplno-chemicznej materiałów. Służy do nanoszenia cienkich powłok na obrabiany materiał w celu zwiększenia/zmiany właściwości fizycznych, chemicznych lub mechanicznych powierzchni obrabianego materiału. Polega na wprowadzaniu do komory reakcyjnej najczęściej gazowych substratów, gdzie na gorącym podłożu zachodzą odpowiednie reakcje chemiczne]. Tradycyjne metody CVD wymagają stosowania wysokich temperatur koniecznych do zajścia pożądanych reakcji (rzędu C lub nawet większych), umożliwiających tworzenie się warstw, co znacznie ogranicza zakres ich wykorzystania. Dla otrzymania produktów reakcji stosuje się różne substraty gazowe jak i też ciekłe zwane prekursorami, którymi mogą być wodorki, halogenki (głównie chlorki), karbonylki a także lotne związki metaloorganiczne, krzemoorganiczne etc.

13 Obróbka elektrochemiczna obejmuje grupę metod obróbki, w których do usuwania materiału wykorzystuje się proces roztwarzania elektrochemicznego przebiegający zgodnie z prawami Faraday a.

14 Dziękuję za uwagę