Pasywacja anodowa

Ma  na  celu  wytworzenie  warstewki  tlenków  na  powierzchni  metalu  w  celu  zabezpieczenia  przed 
korozją. W procesie anodowania mogą wziąć udział kwasy: H

2

SO

4

, H

3

PO

4

, kwas octowy.

Na grubość warstwy tlenków ma:



Potencjał anodowy



Temperatura



Gęstość prądu



Skład roztworu

W  przypadku  stopów tytanu  proces  PA  prowadzony  jest  w  kąpielach zawierającą  kwasy  tlenowe, 
które poprawiają odporność na korozje. 

Dla stopu Ti-6Al-4V proces PA zachodzi w roztworze kwasu chromowego (H

2

CrO

4

) przy napięciu od 

6 do 40V.

W  zależności od  napięcia  pasywacji  anodowej  obserwuje  się  zmianę grubości  warstewki,  która 
związana jest z jej kolorem. 

Grubość warstewki w zależności od koloru:



10-25 nm – złoty



25-40 nm – fiolet



40-50 nm- ciemnoniebieski



50-80 nm- jasnoniebieski



80-120 nm – żółty



120-150 nm- pomarańczowy



150-180 nm –zielony



180-210 nm- różowy

Plazmowe utlenianie elektrolityczne (PEO)

Metoda  wytwarzania  powłok O

2

na  powierzchni  metali  takich  jak:  Mg,  Al.,  Ti  i  ich  stopów w 

warunkach  wylądowania  iskrowego  pod  napięciem  wyższym  od  napięcia  przebicia  warstewki 
tlenkowej na powierzchni metalu. Powstający w czasie procesu tlenek nie jest wystarczająco odporny, 

a by zapobiec dalszemu przepływowi prądu, stąd wysokie 
napięcie prowadzi do wydzielenia się gazu i iskrzenia. 

PEO pozwala na wytworzenie powłoki o wysokiej jakości 
o dużej:



mikrotwardości, 



chropowatości,



wytrzymałości,



odporności na  ścieranie.

Skład  chemiczny  powłoki  zależy  od  elektrolitu,  a  grubość  od  źródła  zasilania  (V)  oraz  napięcia,  i 
zawiera  się  w  przedziale  od  kilkudziesięciu  do  kilkuset  mikrometrów  (µm).  Zbyt  wysokie  napięcie 
powoduje 



nadmierny wzrost grubości warstwy,



pęknięcia, 



silne iskrzenie w czasie procesu.

W przypadku warstw bioaktywnych stosuje się elektrolity na bazie soli m.in. Ca, P, Si.

Biomateriały metalowe, Tytan i jego stopy



stale austenityczne,



stopy w osnowie kobaltu,



stopy w osnowie tytanu,



metale szlachetne.

Grupa ta znalazła głównie w zastosowaniach w:



ortopedii, 



rekonstrukcjach,



stomatologii. 

By  materiały  te  mogły  nadawać  do  użytkowania  w  tych  dziedzinach  medycyny,  muszą  spełniać 
następujące własności:



wysoka odporność na korozję,



dobra jakość metalurgiczna i jednorodność,



zgodność tkankowa (nietoksyczność),



odporność na zużycie ścierne,



brak tendencji do tworzenia zakrzepów,



odpowiednie własności elektryczne,



odpowiednie własności wytrzymałościowe.

Stale austenityczne

Austenityczne  stale  odporne  na  korozję  stanowią  grupę  tworzyw  metalicznych, 
które zostały 



Najwcześniej przystosowane do implantowania w organizmie ludzkim. 



Najbardziej popularną stalą jest stal chromowo-niklowo-molibdenowa typu 316l.



Obecność  Chromu  w  ilości  powyżej  13%  zapewnia  dobrą  odporność  korozyjną  w 
środowiskach utleniających. 



Zawartość Niklu wzrasta odporność na korozję naprężeniową. 



Molibden,  podobnie  jak  Chrom,  wpływa  na  zmniejszenie  gęstości  prądu  pasywacji  oraz 
na zwiększenia odporności na korozję wżerową.



Stale  szczególnie  narażone  na  niszczenie  wskutek  przebiegu procesów  korozji 
naprężeniowej → najniższa odporność na korozje elektrochemiczną.



Niska skłonnością do samopasywacji. 

Stale szlachetne 



Stopy Złota, Platyny i Palladu były do niedawna podstawowymi materiałami używanymi 
w implantacji, zwłaszcza w stomatologii. 



Stopy  te  charakteryzują  się  dobrą  odpornością  na  korozję,  dobrymi  własnościami 
mechanicznymi. 



Wadą tych materiałów jest ich wysoki koszt. 



Wykorzystywane  w  stomatologii  przez  osoby  uczulone  na  metale  nieszlachetne  oraz  w 
celach estetycznych.

Stopy kobaltu



Wyższa  odporność na  korozję  elektrochemiczną  i  wżerową  w  środowisku  płynów 
ustrojowych niż stal austenityczna.



Lepsza biokompatybilność.



Mogą ulegać repasywacji w roztworach fizjologicznych.



Stosowane  na  implanty,  których  okres  przebywania  w  środowisku  tkankowym  nie 
powinien przekroczyć pięciu lat. 



Stopy  kobaltu  stosowane  są  na  wyroby  dla  chirurgii  kostnej  na  elementy  kształtowe  do 
zespoleń kości, wytwarza się  z nich także niekiedy wkręty kostne, płytki, druty. 

Tytan i jego stopy

Tytan  jest  to  pierwiastek  chemiczny  z  grupy  metali  przejściowych,  posiadający  srebrno-szary, 
metaliczny  i  połyskliwy  kolor.  Temperatura  topnienia  i  wrzenia  tytanu  jest  stosunkowo  wysoka  i 
wynosi  odpowiednio  1688 

o 

C  i  3260 

o 

C.  Pierwiastek  ten jest  metalem  alotropowym  podlegającym 

przemianie fazowej alfabeta w temperaturze 882 

o 

C. W przemyśle wykorzystuje się czysty tytan i 

jego  stopy  z  takimi  pierwiastkami  jak  Al  stosowany  najczęściej  oraz  pierwiastki  międzywęzłowe  O, 
N, C - stabilizujące fazę α oraz Mo, V, Ta, Nb, Fe, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Si - stabilizujące fazę β:

Fazy w tytanie 

Niskotemperaturowa faza α: krystalizuje w układzie heksagonalnym o strukturze zwartej. Pierwiastki 
stabilizujące faze α, czyli podnoszące temperaturę przemiany α↔β: Al, Ga, Ge, O, N

Niskotemperaturowa  faza  β:  krystalizuje  w  układzie  regularnym  o  strukturze  przestrzennie 
centrowanej.
Pierwiastki stabilizujące fazę β, czyli obniżające temperaturę przemiany alotropowej α↔β:



Izomorficzne: V, Nb, Mo, Ta



Eutektoidalne: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Si, Cu, Ag, Au, H



Pseudoizomorficzne: Ru, Rh, Rb, It 

<???>

Tytan posiada:



bardzo dobre własności mechaniczne, przede wszystkim dużą wytrzymałość zmęczeniową,



niską gęstość (4,51 g/cm

3

),



bardzo dobrą odporność na korozję wżerową i naprężeniową w wielu środowiskach, 



łatwość tworzenia trwałej tlenkowej warstwy pasywnej,



małe przewodnictwo cieplne 0,171 J/cm*K, 



jest pierwiastkiem niemagnetycznym 



obojętność biologiczną, co ma duże znaczenie w przypadku stosowania go jako biomateriału. 



dodatek    N,  O  i  Si  podnosi  się  jego  twardość  i  odporność  na  ścieranie. 

Zastosowanie:



Kosmonautyka,



Medycyna,



Stomatologia,



Lotnictwo.

Stopy z pamięcią kształtu

Zmiana kształtu polega na powrocie, w odpowiednich warunkach, materiału do kształtu wyjściowego, 
czyli tego, który został w pewnym sensie „zaprojektowany”. Materiały te wykazują dwie stabilne fazy: 
wysokotemperaturową  (austenit)  i  niskotemperaturową  (martenzyt).  W  stopach  tych  może 
występować: jednokierunkowy efekt pamięci kształtu (materiał odkształcony w niskiej temperaturze –
a  więc  będący  w  stanie  fazy  martenzytycznej  – po  podgrzaniu  ulega  przemianie  odwrotnej  do  fazy 
austenitycznej,  w  efekcie  czego  wraca  do  uprzedniego  kształtu),  dwukierunkowy  efekt  pamięci 
kształtu (polega na zachowaniu pamięci kształtu zarówno wysokotemperaturowej fazy  macierzystej, 
jak  i  niskotemperaturowej  fazy  martenzytycznej),  oraz  zjawisko  psuedosprężystości  (jest  ono 
związane z odwracalną przemianą martenzytyczną pod wpływem naprężenia zewnętrznego).

Mikroskopy

SEM- powiększenie x1000000

Mikroskop  świetlny - można powiększyć do  2000x, ale  optymalnie  przy  świetle  widzialnym  1500x
Stereoskopowy - 2kanały - 8-100x płynna regulacja

Mikroskop  optyczny – rodzaj  mikroskopu,  w  którym  do  generowania  powiększonego  obrazu 
badanego  przedmiotu  wykorzystywane  jest  światło  przechodzące  przez  specjalny  układ  optyczny 
składający  się  zazwyczaj  z  zestawu  od  kilku  do  kilkunastu  soczewek  optycznych.
Mikroskop optyczny jest zbudowany z:



okularu, który służy do powiększenia obrazu tworzonego przez obiektyw mikroskopu,



tubusa, który służy do formowania powiększonego obrazu pośredniego,



śruby makrometrycznej, która służy do wstępnej regulacji ostrości,



śruby mikrometrycznej, która służy do precyzyjnego ustalenia ostrości,



rewolweru, który umożliwia prostą zmianę obiektywu,



obiektywów, które  zbierają  światło  wychodzące  z  przedmiotu  i  tworzą  jego  powiększony 
obraz pośredni,



stolika  przedmiotowego, na  którym  umieszcza  się  preparat,  np.  na  szkiełku podstawowym, 
przykryty szkiełkiem nakrywkowym,



kondensora, który koncentruje światło formując z niego stożek,



źródła  światła (dawniej lusterka,  obecnie  najczęściej  żarówki  halogenowej),  które  służy  do 
naświetlania badanego obiektu.

Jasne pole - jest podstawową techniką obserwacji; polega na oświetleniu preparatu uformowaną

przez kondensor wiązką promieni świetlnych w postaci stożka i wszystkie promienie tego stożka

objęte aperturą obiektywu padają na preparat. Kontrast otrzymujemy w wyniku różnic w absorbcji

i rozpraszaniu światła przez różne elementy oświetlanego preparatu. 

Ciemne  pole  -  polega  na  oświetleniu  bocznym  preparatu,  uzyskanym  dzięki  specjalnej  konstrukcji 
kondensora, formującego wiązkę światła prawie równolegle do powierzchni preparatu (wiązka światła 
rozproszonego).  Stąd  od  brzegów  elementów  preparatu  odbija  się  szczątkowe  oświetlenie  wiązki 
wychodzącej z kondensora, a do obserwatora dociera obraz jasnych elementów na ciemnym tle. 

Mikroskop  stereoskopowy    jest  mikroskopem  przeznaczonym  przestrzennej  obserwacji 
powiększonych  małych  obiektów.  Charakteryzuje  się  szerokim  polem  widzenia,  dużą  odległością 
roboczą  oraz  powiększeniem  całkowitym  do  ok.  100x. Specjalne  przygotowanie  preparatów  czy 
preparatyka nie są konieczne. Dzięki tym cechom mikroskop stereoskopowy jest przydatne w równym 
stopniu do obserwacji preparatyki, sortowania, manipulacji i dokumentacji próbek różnego rodzaju i o 
różnych  właściwościach.  Nowoczesne  źródła  zimnego  światła  oraz  umożliwiają  wybór  spośród 
różnych metod obserwacji mikroskopowej.

Skaningowy mikroskop elektronowy– rodzaj mikroskopu elektronowego umożliwiający obserwację 
topografii  badanego  materiału

[1]

.  Służy  do  obserwacji  i  charakteryzacji  materiałów  organicznych  i 

nieorganicznych  w  skali  od  nanometrycznej  do  mikrometrycznej.  Wiązką  pierwotną  w  tej  metodzie 
badawczej jest wiązka elektronów. Wykonano zdjęcia warstwy wierzchniej, strefy przejściowej oraz 
rdzenia próbki. 

Długość  fali przyspieszanych  elektronów jest  w  przypadku  SEM  dużo  mniejsza  niż  długość  fali 
światła widzialnego, co zapewnia dużo lepszą rozdzielczość niż w mikroskopii świetlnej. Dla światła 
długość fali wynosi 350–750 nm, natomiast długość fali wiązki elektronów dochodzi do 0,05 nm

[5]

. 

W  przypadku  mikroskopu  świetlnego  można  uzyskać  maksymalne  powiększenie rzędu  2000×,  w 
przypadku  SEM  może  ono  wynieść  nawet  3  000  000×.  Wymogiem  każdej  techniki  mikroskopii 
elektronowej jest próżnia wynosząca co najmniej 10

−4

Pa

[6]

.

W skład standardowego oprzyrządowania SEM wchodzą:



działo elektronowe,



układ soczewek elektromagnetycznych (kondensor, cewki skanujące/odchylające),



obiektyw,



detektory,



układ przetwarzający zebraną informację,



układ pomp wytwarzających próżnię,

Wiązka elektronów może być generowana w wyniku dwóch zjawisk:



termoemisji – w wyniku dostarczenia odpowiedniej energii cieplnej elektron opuszcza pasmo 
przewodnictwa emitera



emisji  polowej – działo  z  emisją  polową  FEG  (z  ang.  field  emission  gun)  znajduje  się  w 
bardzo  dużym  polu  elektrycznym,  które  powoduje  znaczne  obniżenie  energii  wyjścia 
elektronu  z  emitera.  Można  stosować  działa  pracujące  w  temperaturze  pokojowej  (emisja 
polowa na zimno) i w podwyższonej temperaturze (emisja polowa Schottky’ego)

W skaningowej mikroskopii elektronowej stosuje się najczęściej napięcie przyspieszające z zakresu 
5–20  kV.  Stosowanie  większych  napięć  przyspieszających  pozwala  otrzymywać  informację  z 
większych głębokości próbki i uzyskać widma charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego 
cięższych  pierwiastków.  Niskie  napięcie  przyspieszające  ułatwia  detekcję  lekkich  pierwiastków  o 
niskiej zawartości w próbce

Gabaryty próbki możliwe do zbadania są ograniczone tylko do pojemności wykorzystywanej komory 
pomiarowej  (dostępne  są  mikroskopy  o  bardzo  różnorodnych  rozmiarach  komór)  (rys.  10).  Próbkę 
umieszcza się w specjalnie zaprojektowanym i wykonanym uchwycie (rys. 9).

W  przypadku  standardowego  obrazowania  w  SEM,  próbki  muszą  przewodzić  prąd  elektryczny,  co 
najmniej  na  powierzchni,  dodatkowo  muszą  być  elektrycznie  uziemione,  aby  zapobiec  gromadzeniu 
się ładunków elektrostatycznych.