2 0 E 20 AMM 1. WST P

Transkrypt

1 AMME 22 11th Wpływ obróbki cieplnej i azotowania na własnoci uytkowe gniazd i trzpieni mocujcych stoły operacyjnewarzanie elementów kutych metod obróbki cieplno-mechanicznej R. Domagała, E. Kalinowska-Ozgowicz Zakład Inynierii Materiałów Konstrukcyjnych i Specjalnych, Instytut Materiałów Inynierskich i Biomedycznych, Politechnika lska ul. Konarskiego 18a, 44-1 Gliwice, Poland W pracy przeprowadzono obróbk ciepln i azotowanie próbek ze stali 2H13. Stal ta jest stosowana przez ywieck Fabryk Sprztu Szpitalnego FAMED S.A na trzpienie i gniazda mocujce lee stołów operacyjnych i zabiegowych do ich podstawy. Elementy te naraone s w czasie eksploatacji na zuycie cierne, a take korozyjne w rodowisku dezynfekujcym. Przeprowadzono wic badania majce na celu okrelenie jak stosowana obróbka cieplna i azotowanie wpływa na własnoci uytkowe tych elementów tj. odporno na cieranie i odporno na korozyjne oddziaływanie rodowiska. Badania wykazały, e azotowanie tych elementów znacznie podnosi ich odporno na cieranie, natomiast obnia odporno na zuycie korozyjne w porównaniu z materiałem ulepszonym. 1. WSTP W ostatnich latach badania w dziedzinie mechaniki, elektroniki, elektromechaniki, biomechaniki oraz fizyki molekularnej i innych przyczyniły si do znacznego rozwoju medycyny. Postp w nauce i technice wpłynł zarówno na zakres pomocy udzielanej przez słuby medyczne ( metody leczenia, zabiegi) jak i na rozwój sprztu medycznego. Rozwój i unowoczenienie sprztu medycznego obejmuje take midzy innymi stoły operacyjne i zabiegowe. Dotyczy to materiałów, z których wykonuje si poszczególne elementy stołu, osprztu montowanego do stołu oraz urzdze sterujcych i mechanizmów poruszajcych jego zespołami. Stoły operacyjne powszechnie stosowane w latach [1] były wykonywane ze stali konstrukcyjnych wglowych i stopów aluminium, a ustawianie ich odbywało si rcznie. Współczenie na elementy stołów stosowane s stale odporne na korozj [2], a poszczególne zespoły stołu ustawiane s za pomoc siłowników sterowanych elektronicznie (rys 1). Stoły operacyjne i inny sprzt medyczny [3,4] poddawany jest myciu, dezynfekcji oraz sterylizacji. Zarówno rodki czyszczce jak i dezynfekujce [5] nie s obojtnymi dla materiałów, z których wykonane s elementy składowe sprztu medycznego. Wykorzystywane w szpitalach rodki stwarzaj agresywne rodowisko korozyjne, przez co producenci sprztu medycznego zmuszeni s do stosowania takich materiałów na elementy stołów i ewentualnie takiej obróbki powierzchniowej [6,7] tych elementów aby nie uległy one zniszczeniu korozyjnemu w przewidywanym okresie eksploatacji tego urzdzenia. Jednym z

2 154 R. Domagała, E. Kalinowska-Ozgowicz elementów stołów operacyjnych i zabiegowych naraonych na zuycie cierne i korozyjne działanie rodowiska dezynfekujcego s gniazda i trzpienie mocujce lee z podstaw stołu (rys. 1). Krajowy producent stołów tj ywiecka Fabryk Sprztu Szpitalnego FAMED S.A aktualnie wykonuje te elementy z wysokochromowych stali odpornych na korozj gat. 2H13 [8]. Elementy te s poddawane ulepszaniu cieplnemu a ostatnio czynione s próby ich azotowania. W pracy przeprowadzono badanie celem okrelenia jak wpływa zastosowana obróbka cieplna i cieplno-chemiczna na własnoci uytkowe gniazd i trzpieni mocujcych stoły operacyjne. Rys. 1. Uniwersalny stół operacyjny typu SU-2. [2] 2. WYNIKI BADA I ICH OMÓWIENIE Badania przeprowadzono na próbkach pobranych z prta o rednicy 12 mm. Próbki poddano hartowaniu z temperatury 99 C w oleju i odpuszczaniu w temperaturze 66 C w czasie 1 godziny. Cz próbek po ulepszaniu cieplnym poddano azotowaniu w piecu wgłbnym z wymuszonym obiegiem atmosfery gazowej NH3 + N2, w temperaturze 5 C w czasie 36 godzin. Badania metalograficzne mikroskopowe wykazały, e stal w stanie ulepszonym posiada struktur martenzytu wysokoodpuszczonego i wgliki (rys 2 i 3). W stali poddanej hartowaniu, odpuszczaniu i azotowaniu na powierzchni wystpuje warstwa fazy ε + γ`, pod ni znajduj si wydzielenia azotków w martenzycie wysokoodpuszczonym ( rys 4 i 5) a jeszcze głbiej martenzyt wysokoodpuszczony, obserwuje si wyra ne przejcie midzy warstw naazotowan a rdzeniem. Pomiary mikrotwardoci dokonane na przekroju poprzecznym próbek azotowanych przy uyciu mikrotwardociomierza PMT-1 zgodnie z PN-EN ISO pozwoliły na okrelenie zmian twardoci w funkcji odległoci od powierzchni i okrelenie gruboci warstwy azotowanej (rys 6). Grubo efektywna warstwy azotowanej okrelona zgodnie z PN-82/M-455 jako odległo od powierzchni do miejsca o okrelonej twardoci, wyszej ni twardo rdzenia, wynosi ok.,2 mm.

3 155 Wpływ obróbki cieplnej i azotowania Rys. 3. Struktura stali po hartowaniu z temp.99 C w oleju i odpuszczaniu w temp. 66 C. Martenzyt wysokoodpuszczony. Pow. 1x Rys. 4. Struktura stali ulepszonej i azotowanej w temp. 5 C, 36h. Od powierzchni: faza ε+γ`, faza α z wydzieleniami azotków, martenzyt wysokoodpuszczony. Pow. 2x Rys. 5. Struktura stali ulepszonej i azotowanej w temp. 5 C, 36h. Warstwa przej ciowa mi dzy warstw azotowan a rdzeniem. Pow. 5x twardo HV1 Rys. 2. Struktura stali po hartowaniu z temp. 99 C w oleju i odpuszczaniu w temp. 66 C. Martenzyt wysokoodpuszczony. Pow. 5x ,1,2 gł boko,3,4,5 [mm] Rys. 6. Zmiany mikrotwardo ci w funkcji odległo ci od powierzchni próbki azotowanej

4 156 R. Domagała, E. Kalinowska-Ozgowicz Pomiary zuycia ciernego wykonano na maszynie Skoda-Savine wg PN-67/M-436 na próbkach w stanie ulepszonym i azotowanych. Wyniki pomiarów odpornoci na cieranie zestawiono w tablicy 1. Tablica 1 Wyniki pomiaru odpornoci na cieranie Lp. Rodzaj próbki Objtociowe zuycie próbki VL [ mm 3 ] 1 Próbki hartowane 99 C/2 min/olej i odpuszczone w 66 C 1 godz. powietrze,444 2 Próbki ulepszone jw. azotowane w 5 C 36 godz.,32 Badanie korozyjne przeprowadzono w celu porównania odpornoci korozyjnej próbek ze stali 2H13 w stanie ulepszonym i próbek azotowanych. Próbki stali zanurzano w piciu rónych roztworach najczciej stosowanych w szpitalach do dezynfekcji stołów operacyjnych, na czas 792 godziny (33 dni). Próbki wyjmowano z cieczy dezynfekujcych co 264 godziny (11 dni) i usuwano z nich produkty korozji. Nastpnie je mierzono i waono. W badaniach stosowano nastpujce rodki dezynfekujce: Septacid firmy Impuls-Gdask: - w steniu 2%, - o składzie: kwas nadoctowy, nadtlenek wodoru, Aldewir firmy Septoma: - w steniu 1%, Incidin Liquid Spray firmy Henkel Hygiene GmbH: - w postaci nie rozcieczonej, - o składzie: 35g 2-propanol, 25g 1-propanol, Descosal P firmy Dr. Schumacher GmbH: - w steniu 2%, -o składzie: 25% chlorek dimetylobenzyloaminiowy, 1% glikosal, 15% aldehyd gluatarowy, Aldizol firmy Septoma: - w steniu 5%, - w temperaturze pokojowej. Stenia i temperatura rodków dezynfekcyjnych były zgodne z wartociami uytkowymi. Wyniki oceny zmian masy poszczególnych próbek w czasie w stosunku do pola powierzchni próbki oraz w stosunku do masy pocztkowej zestawiono w tablicy 2. Przebieg zmian ubytków korozyjnych z upływem czasu eksperymentu w niektórych rodkach dezynfekujcych przedstawiono na rys 7 i 8.

5 Wpływ obróbki cieplnej i azotowania 157 Tablica 2 Wyniki bada korozji stali 2H13 w stanie ulepszonym i azotowanej w twmp. 5 C w czasie 36 godzin. rodek dezynfekcyjny Nr i rodzaj próbki Ubytek masy próbki Km [mg/cm2] po czasie: Ubytek masy próbki Km [mg/g] po czasie: 264 h 528 h 792 h 264 h 528 h 792 h Septacid Aldewir Incidin Descosal P Aldizol 1.ulepszana,129,1424,1424,37,422, azotowana,14,1445,466,315,435, ulepszana 1,225 2,24 3,3247,3557,6626, azotowana 46,369 84, ,935 13,752 25,685 51, ulepszana,9348 2,1735 3,2486,2772,6446, azotowana 77, , ,11 23,278 44,337 78, ulepszana,469,939,148,138,277, azotowana 1,5212 3,5572 5,6869,4529 1,591 1, ulepszana,4235,5411 1,3175,1264,1615, azotowana 3,2764 8,127 13,1523,9713 2,475 3,8992 Km [mg/cm 2 ] Przebieg korozji w rodku dezynfekujcym SEPTACID,5,4,3,2, stal 2H13 ulepszona stal 2H13 azotowana Kg [mg/g] Przebieg korozji w rodku dezynfekujcym SEPTACID,16,14,12,1,8,6,4, stal 2H13 ulepszona stal 2H13 azotowana Rys. 7. Przebieg zmian korozyjnych ubytków masy w rodku dezynfekujcym SEPTACID stali 2H13 w stanie ulepszonym i azotowanym

6 158 R. Domagała, E. Kalinowska-Ozgowicz Przebieg korozji w rodku dezynfekujcym INCIDIN 9 Przebieg korozji w rodku dezynfekujcym INCIDIN Km [mg/cm 2 ] stal 2H13 ulepszona stal 2H13 azotow ana Kg [mg/g] stal 2H13 ulepszona stal 2H13 azotowana Rys. 8. Przebieg zmian korozyjnych ubytków masy w rodku dezynfekujcym INCIDIN stali 2H13 w stanie ulepszonym i azotowanym 3. ANALIZA WYNIKÓW BADA Przeprowadzone badania wykazały, e azotowanie zwiksza 12-krotnie odporno stali 2H13 na zuycie cierne [1] w porównaniu do stali w stanie tylko ulepszonym. Badania korozyjne przeprowadzone w najczciej stosowanych przez szpitale rodkach dezyfekujcych wykazały, e w pocztkowej fazie procesu korozyjnego niemal we wszystkich rodowiskach odporno korozyjna próbek azotowanych jest tylko nieznacznie mniejsza od odpornoci próbek w stanie ulepszonym. Jednak wraz z upływem czasu trwania eksperymentu rosła te rónica midzy odpornoci korozyjna próbek azotowanych a odpornoci próbek w stanie ulepszonym na niekorzy tych pierwszych ( rys 7 i 8 ). Analiza wyników wykazała wic, e chocia azotowanie znacznie podnosi odporno na zuycie cierne to jednak wyra nie obnia odporno stali na korozyjne działanie rodków dezynfekujcych stosowanych przez szpitale. Jest to decydujcy czynnik aby zabiegu azotowania nie stosowa do trzpieni i gniazd mocujcych lea stołów operacyjnych i zabiegowych do ich podłoa. LITERATURA 1. BN-7/ : Stół operacyjny składany. 2. A. Kuzmirowski, A.Wójcik: Stoły operacyjne, Blok operacyjny, 1, Hauptkatalog Meyra: Rallstuhle und rehabilitationsmittel, Products Catalog: Endoscopy Division, Prospekty reklamowe: Sposoby dezynfekcji w komorach dezynfekcyjnych rónych firm. 6. G. Pucki i inni: Teoretyczne podstawy korozji materiałów, Warszawa S. Tkaczyk i inni: Powłoki ochronne, Gliwice PN-71/H-8629: Stale odporne na korozj. 9. PN-67/M-436: Oznaczenie odpornoci na zuycie na maszynie typu Skoda-Savine. 1. A. Gierek: Zuycie cierne metalowych elementów roboczych, Gliwice 1993.