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.