Streszczenie: Celem niniejszej pracy była ocena zużycia biomateriałów tytanowych stosowanych na elementy endoprotezy stawu biodrowego. Materiałem do badań były próbki z tytanu i jego stopów: Ti grade 4, Ti6Al7Nb i Ti13Nb13Zr. Modelowe badania tribologiczne przeprowadzono w ruchu posuwisto-zwrotnym w warunkach tarcia technicznie suchego, tarcia ze smarowaniem roztworem sztucznej krwi oraz roztworem Ringera. Przeciwpróbką w badanych węzłach tarcia była kulka z Al2O3 o średnicy 6 mm. Za pomocą elektronowej mikroskopii skaningowej obserwowano ślady wytarcia po testach tribologicznych. Mikroskop konfokalny z trybem interferometrycznym posłużył do oceny zużycia powierzchni próbek i przeciwpróbek. Najmniejsze współczynniki tarcia spośród wszystkich badanych skojarzeń materiałowych uzyskano dla skojarzenia materiałowego- stop Ti13Nb13Zr-Al2O3. Analiza SEM wykazała, że w wyniku procesu zużywania generowane były liczne rysy i bruzdy. Powstały one na skutek przemieszczania się luźnych produktów zużycia w obszarze wytarcia. Dla wszystkich badanych materiałów zaobserwowano spiętrzenie obrzeży krawędzi śladów wytarcia świadczące o ściernym mechanizmie zużycia. Podczas testów tarciowych badanych skojarzeń materiałowych najszybciej zużywającym się materiałem była tytanowa tarcza.
W przypadku stopów Ti6Al7Nb oraz Ti13Nb13Zr zarejestrowano porównywalne zużycie bez względu na warunki prowadzenia testów (TDF, AB, RS). Analiza otrzymanych wyników badań tribologicznych wykazała, że skojarzeniem dla którego zarejestrowano najmniejsze zużycie pary trącej (próbki i przeciwpróbki) było skojarzenie materiałowe Ti6Al7Nb-Al2O3.
Abstract: The aim of this study was to assess the consumption of titanium biomaterials used for hip joint elements. The material for testing were samples of titanium and its alloys: Ti grade 4, Ti6Al7Nb and Ti13Nb13Zr. Model tribological tests were carried out in reciprocating motion under conditions of technically dry friction, friction with lubrication of artificial blood solution and Ringer's solution. The counter-sample in the tested friction nodes was a ball of Al2O3 with a diameter of 6 mm. Worn traces of tribological tests were observed with scanning electron microscopy. Confocal microscope with interferometric mode was used to assess the surface wear of samples and counter-samples. The lowest coefficients of friction among all tested material associations were obtained for the material combination - Ti13Nb13Zr- Al2O3 alloy. SEM analysis showed that as a result of the wear process, numerous scratches and furrows were generated. They arose due to the movement of loose wear products in the wear area. For all tested materials, accumulation of the edges of the wear marks was observed, indicating the abrasive wear mechanism. During the tribological tests of the tested material combinations, the titanium disc was the fastest consuming element. Analysis of the consumption volume results showed that the association for which the lowest wear of the friction pair elements (samples and counter-samples) was recorded was the material association Ti6Al7Nb-Al2O3.
Pełny tekst