Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Filtry

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2017/25/N/ST8/02270
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Mechaniczny (WM)
Tytuł
Wpływ modyfikacji warstwy powierzchniowej biomateriałów metalicznych na ich właściwości eksploatacyjne
Streszczenie
1. Cel prowadzonych badań: Zwiększająca się rok do roku liczba przeprowadzonych zabiegów endoprotezoplastyki stawów ruchomych stanowi jedną z głównych przyczyn rozwoju materiałów tribologicznych do zastosowań w medycynie. Zarówno materiały stosowane do wytwarzania tnących narzędzi chirurgicznych, jak i metaliczne biomateriały implantacyjne powinny spełniać szereg wymagań, wśród których wyróżnia się m.in. odporność na zużycie, niezawodność czy odporność na korozję w środowisku płynów ustrojowych. Pomimo wielu lat doświadczeń i licznych osiągnięć, dotychczas nie udało się jednak opracować materiału doskonałego, który spełniłby wszystkie oczekiwania. Z tego powodu, wciąż poszukiwane są sposoby na polepszenie właściwości eksploatacyjnych biomateriałów metalicznych. Ograniczenia materiałowe wynikające ze specyfiki i środowiska pracy sprawiają, że jednym z kierunków poprawy właściwości biofunkcjonalnych materiałów do zastosowań w medycynie jest stosowanie powłok antyzużyciowych. Celem projektu naukowego jest analiza wpływu modyfikacji warstw powierzchniowych biomateriałów metalicznych na ich właściwości eksploatacyjne. W ramach projektu przewidywana jest ocena wpływu właściwości mechanicznych powłoki i podłoża oraz zjawisk zachodzących w strefie kontaktu na procesy tarcia i zużycia biomateriałów metalicznych poddanych modyfikacji warstw powierzchniowych. Planowana jest ponadto ocena zasadności stosowania wybranych powłok na biomateriałach metalicznych stosowanych w produkcji endoprotez stawów. Projekt zakłada również analizę wpływu modyfikacji warstwy powierzchniowej biomateriałów metalicznych na ich odporność na korozję. 2. Zastosowana metodyka: Realizacja prac w ramach projektu przewiduje przeprowadzenie szeregu badań o charakterze eksperymentalnym. Planowane badania zakładają określenie właściwości eksploatacyjnych biomateriałów metalicznych modyfikowanych powłokami przeciwzużyciowymi ze szczególnym uwzględnieniem właściwości mechanicznych powłoki i podłoża oraz procesów zachodzących w strefie tarcia na granicy pokrycie-podłoże. W charakterze materiałów modelowych do badań wybrano dwa stopy implantacyjne, stal 316LVM i stop tytanu Ti6Al4V, oraz martenzytyczną stal nierdzewną X90CrMoV18, która stosowana jest w produkcji tnących narzędzi chirurgicznych. Stopy te będą modyfikowane powierzchniowo. Na podstawie dotychczasowych badań do analiz wytypowano m.in. monopowłokę TiN oraz hybrydową powłokę na bazie DLC (a-C:H/a-C:H:W/Cr). W trakcie realizacji projektu możliwe jest rozszerzenie programu badawczego o analizę wpływu stosowania powłok opartych o azotki, np. ZrN lub TiNbN, na właściwości biofunkcjonalne wymienionych materiałów metalicznych. W ramach projektu badawczego przewidziano realizację licznych eksperymentów niezbędnych do uzyskania charakterystyk materiałów. Będą one obejmowały m.in. ocenę twardości, modułu sprężystości wzdłużnej metodą nanoindentacji oraz adhezji cienkich warstw z wykorzystaniem tzw. testu zarysowania. Poza pomiarami nanoindentacji oraz wykonaniem testów zarysowania, przewidywane są ponadto: uzyskanie charakterystyki topografii powierzchni próbek, analizy składu fazowego powłok z użyciem metody dyfraktometrii rentgenowskiej oraz analiza odporności na korozję materiałów poddanych modyfikacji warstwy powierzchniowej w środowisku płynów symulujących środowisko ustrojowe. W celu określenia wpływu właściwości mechanicznych powłoki i podłoża na właściwości tribologiczne biomateriałów metalicznych zaplanowane zostały badania tarciowe stopów biomedycznych modyfikowanych wybranymi powłokami. Badania tarciowe mają na celu identyfikację mechanizmów tarcia i zużycia występujących w analizowanych systemach ze szczególnym uwzględnieniem wpływu procesów cieplnych na zużycie materiałów z modyfikowaną warstwą powierzchniową. Planowany jest również pomiar zużycia rozpatrywanych materiałów. Charakterystyka powierzchni próbek poddanych testom tribologicznym oraz niezbędne pomiary geometrii śladu tarcia wykonane zostaną metodami mikroskopii laserowo-optycznej oraz metodą profilometrii stykowej. Zostanie również przeprowadzona analiza śladów tarcia pod kątem identyfikacji dominujących mechanizmów tarcia oraz ewentualnych zmian w składzie chemicznym materiałów badanych z użyciem metod spektroskopii rentgenowskiej. 3. Wpływ na rozwój nauki: Proponowany projekt pozwoli na rozwój wiedzy w zakresie modyfikacji warstw powierzchniowych biomateriałów metalicznych ze szczególnym uwzględnieniem metodyki doboru powłok antyzużyciowych. Jest to istotne zwłaszcza w świetle wciąż rosnącego zapotrzebowania na implanty biomedyczne o zwiększonej trwałości i niezawodności. Proponowany projekt badawczy pośrednio może znaleźć zastosowanie w praktyce inżynierskiej w zakresie projektowania i doboru materiałów w układach tarciowych.
Program
PRELUDIUM
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
korozja; powłoki przeciwzużyciowe; zużycie

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX