Mehaničke osobine i mikrostruktura plazma naprskane prevlake ZrO2Y2O3 /ZrO2Y2O3CoNiCrAlY/CoNiCrAlY
Sažetak
Keramika ZrO2, stabilizovana sa Y2O3, ima superiorna i odlična fizička svojstva u poređenju sa drugim savremenim keramičkim materijalima. Zbog visoke biokompatibilnosti ona u sistemu ZrO2-Y2O3 ima široku primenu kao biomaterijal u ortopedskoj hirurgiji. Keramika ZrO2-Y2O3 najčešće se primenjuje za izradu glava kuka, proteza kolena, privremenih držača itd. ZrO2 je u kliničkoj upotrebi kao ukupna zamena kuka (THR), u zglobu veštačkih kolena, ali se koristi za primenu i razvoj drugih medicinskih uređaja. Da bi se keramika ZrO2Y2O3(YSZ) koristila na biomedicinskim substratima, neophodno je deponovati slojeve prevlake bez defekata. Radi depozicije keramičke prevlake ZrO28tež%Y2O3 sa najboljim strukturnim svojstvima, ispitan je sistem prevlaka ZrO2Y2O3/ZrO2Y2O3CoNiCrAlY/CoNiCrAlY. Zbog ekonomičnosti depozicija je izvršena na čeličnom supstratu uz primenu vezne prevlake CoNiCrAlY, što ne utiče na strukturu i funkcionalnost keramičkog sloja ZrO2Y2O3. Struktura slojeva ispitana je metodom svetlosne mikroskopije, a površina gornje keramičke prevlake ZrO28mas%Y2O3 metodom skening elektronske mikroskopije (SEM). Na osnovu dobijenih karakteristika utvrđeno je da sadržaj poroznosti u keramičkom sloju nije bio visok i da su mikropore ravnomerno raspoređene. Procena mehaničkih osobina slojeva urađena je ispitivanjem mikrotvrdoće metodom HV0.3 i zatezne čvrstoće spoja ispitivanjem na zatezanje. Vrednosti mikrotvrdoće ZrO28mas%Y2O3 prevlake bile su zadovoljavajuće i zatezna čvrstoća spoja sistema prevlaka.
Reference
Cheruvu, N.S., Chan, K.S., & Leverant, G.R. 2000. Cyclic Oxidation Behavior of Aluminide, Platinum Modified Aluminide, and MCrAlY Coatings on GTD-111. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 122(1), p.50. doi:10.1115/1.483174
Dion, I., Bordenave, L., Lefebvre, F., Bareille, R., Baquey, C., Monties, J.R., & Havlik, P. 1994. Physico-chemistry and cytotoxicity of ceramics. Journal of Materials Science, 5, pp.18-24.
Heimann, R.B. 2006. Thermal spraying of biomaterials. Surface and Coatings Technology, 201, pp.2012-2019.
Hong, L., Bing, S., Aaron, F., & Timothy, C. 2004. Applications of plasma coating in artificial joints: An overview. Vacuum, 73, pp.317-326.
ISO standard 13356 2008. revision of a previous version of 1997.
Khor, K.A., Fu, L., Lim, V.J.P., & Cheang, P. 2000. The effects of ZrO2 on the phase compositions of plasma sprayed HA: YSZ composite coatings. Materials Science and Engineering, 276, pp.160-166.
Lang, H., & Mertens, T. 1990. The use of cultures of human osteoblastlike cells as an in vitro test system for dental materials. Journal of oral and maxillofacial surgery , 48(6), pp.606-11. pmid:2341941
Magdi, M.F., & Kobayashi, A. 2007. Microstructure and Mechanical Properties of HA/ZrO2 Coatings by Gas Tunnel Plasma Spraying. Transaction of JWRI, 36(1), pp.47-51.
Material Product Data Sheet, AMDRY 9951, Cobalt Nickel Chromium Aluminum Yttrium (CoNiCrAlY) Thermal Spray Powders, DSMTS - 0092.1 2011. Sulzer Metco.
Material Product Data Sheet, Metco 204F, 8% Yttria Stabilized Zirconia Agglomerated and HOSP™ Thermal Spray Powders, DSMTS-0001. 2 2012. Sulzer Metco.
Mobarra, R., Jafari, A.H., & Karaminezhaad, M. 2006. Hot corrosion behavior of MCrAlY coatings on IN738LC. Surface and Coatings Technology, 201(6), pp.2202-2207.
Mrdak, M. 2013. Characterization of vacuum plasma sprayed cobalt-nickel-chromium-aluminum-yttrium coating. Vojnotehnički glasnik / Military Technical Courier, 61(4), pp.26-47, doi:10.5937/vojtehg61-2495.
Мrdak, М. 2015. Characteristics of APS and VPS plasma spray processes. Vojnotehnički glasnik / Military Technical Courier, 63(3), pp.137-159, doi:10.5937/vojtehg63-7064.
Mrdak, M. 2016. Properties of the ZrO2MgO/MgZrO3NiCr/NiCr triple-layer thermal barrier coating deposited by the atmospheric plasma spray process. Vojnotehnički glasnik / Military Technical Courier, 64(2), pp.411-430, doi:10.5937/vojtehg64-9612 .
Mrdak, M., Rakin, M., Medjo, B., & Bajić, N. 2015. Experimental Study of Insulating Properties and Behaviour of Thermal Barrier Coating Systems in Thermo Cyclic Conditions. Materials & Design, 67, pp.337-343.
Mrdak, M., Vencl, A., Nedeljkovic, B., & Stanković, M. 2013. Influence of plasma spraying parameters on properties of the thermal barrier coatings. Materials Science and Technology, 29(5), pp.559-567.
Piconi, C., & Maccauro, G. 1999. Zirconia as a ceramic biomaterial. Biomaterials, 20, pp.1-25.
Poza, P., & Grant, P.S. 2006. Microstructure evolution of vacuum plasma sprayed CoNiCrAlY coatings after heat treatment and isothermal oxidation. Surface and Coatings Technology, 201(6), pp.2887-2896.
Turbojet Engine: Standard Practices Manual (PN 582005) 2002. East Hartford, USA: Pratt & Whitney.
Wang, H. 2008. Materials and applications of thermal spray. National Defense Industry Press.
Weidian, S. 2006. Thermal Spray Technolog.CHWA Technology Company.
Vojnotehnički glasnik omogućava otvoreni pristup i, u skladu sa preporukom CEON-a, primenjuje Creative Commons odredbe o autorskim pravima:
Autori koji objavljuju u Vojnotehničkom glasniku pristaju na sledeće uslove:
- Autori zadržavaju autorska prava i pružaju časopisu pravo prvog objavljivanja rada i licenciraju ga Creative Commons licencom koja omogućava drugima da dele rad uz uslov navođenja autorstva i izvornog objavljivanja u ovom časopisu.
- Autori mogu izraditi zasebne, ugovorne aranžmane za neekskluzivnu distribuciju rada objavljenog u časopisu (npr. postavljanje u institucionalni repozitorijum ili objavljivanje u knjizi), uz navođenje da je rad izvorno objavljen u ovom časopisu.
- Autorima je dozvoljeno i podstiču se da postave objavljeni rad onlajn (npr. u institucionalnom repozitorijumu ili na svojim internet stranicama) pre i tokom postupka prijave priloga, s obzirom da takav postupak može voditi produktivnoj razmeni ideja i ranijoj i većoj citiranosti objavljenog rada (up. Efekat otvorenog pristupa).