A comparative analysis of surface modification influence on selected properties of titanium and titanium alloy

Modyfikacja powierzchni metali poprzez zastosowanie cienkich warstw ceramicznych jest jedną z nowoczesnych i popularnych metod podwyższania właściwości biomateriałów metalicznych. Artykuł prezentuje możliwości osiągania nowych właściwości tytanu i jego stopu poprzez wytwarzanie złożonych warstw bioceramicznych metodami zol-żel oraz elektroforezy. Jest to krótkie podsumowanie kilkuletnich badań, realizowanych przy współpracy z zespołem badawczym AGH-CM UJ, nad trwałością biomateriałów tytanowych.The modification of metals surface by thin ceramic layers is one of modern and popular methods of improving properties of metallic biomaterials. The paper presents the possibility of new properties achieved through creating bioceramic composite layers on titanium and titanium alloy by the use of sol–gel and electrophoresis methods. It is the short summary of few years research on durability and biocompatibility of these materials realized in cooperation with AGH - CM UJ research group

Applicattion of the SIO2-TIO2 coatings in dental prosthetics

Przeprowadzono badania przyczepności czterech kombinacji połączeń: Ti/Triceram, Ti/SiO2-TiO2/Triceram, Remanium 2000/Vita Keramik i Remanium 2000/ SiO2-TiO2/Vita Keramik metodą trzypunktowego zginania (wg PN-EN ISO 9693). Powłoki SiO2-TiO2 nanoszone były na tytanowe i kobaltowe podłoże metodą zol-żel. Otrzymane wyniki badań wykazały większą przyczepność połączenia Ti/SiO2-TiO2/Triceram w stosunku do układu połączenia Ti/Triceram bez warstwy przejściowej zol-żel. Zastosowanie powłoki przejściowej zol-żel w przypadku stopu CoCrMoW nie podwyższa wytrzymałości połączenia metal-porcelana, a otrzymane wyniki są zbliżone do rezultatów uzyskiwanych z zastosowaniem tradycyjnych technik przygotowania i napalania dentystycznych koron. Potwierdza to celowość stosowania ceramicznej warstwy pośredniej na podłożu tytanowym.The bond strength by three-point bending (according to PN-EN ISO 9693) of four combinations Ti /Triceram, Ti/SiO2-TiO2/Triceram, Remanium 2000/Vita Keramik and Remanium 2000/ SiO2-TiO2/Vita Keramik was evaluated. Coatings SiO2-TiO2 on base titanium and cobalt alloy were deposited using sol-gel method. The results showed that the bond strength of Ti/SiO2-TiO2/Triceram and Ti/SiO2/Triceram in control group was significantlyhigher than the Ti/Triceram without intermediate layers sol-gel. Application of SiO2-TiO2 intermediate sol-gel coating on CoCrMoW alloy doesn't increase bond strength of metal-porcelain, and the results obtained are similar to the commercial techniques. The purposefulness of the application of the intermediate ceramic layer on base titanium was been confirmed

Evaluation of Force-Time Changes During Impact of Hybrid Laminates Made of Titanium and Fibrous Composite

Fibre metal laminates (FML) are the modern hybrid materials with potential wide range of applications in aerospace technology due to their excellent mechanical properties (particularly fatigue strength, resistance to impacts) and also excellent corrosion resistance. The study describes the resistance to low velocity impacts in Ti/CFRP laminates. Tested laminates were produced in autoclave process. The laminates were characterized in terms of their response to impacts in specified energy range (5J, 10J, 20J). The tests were performed in accordance with ASTM D7137 standard. The laminates were subjected to impacts by means of hemispherical impactor with diameter of 12,7 mm. The following values have been determined: impact force vs. time, maximum force and the force at which the material destruction process commences (Pi). It has been found that fibre titanium laminates are characterized by high resistance to impacts. This feature is associated with elasto-plastic properties of metal and high rigidity of epoxy - fibre composite. It has been observed that Ti/CFRP laminates are characterized by more instable force during impact in stage of stabilization of impactor-laminate system and stage of force growth that glass fibre laminates. It has been observed more stable force decrease in stage of stress relaxation and withdrawal of the impactor. In energy range under test, the laminates based on titanium with glass and carbon fibres reinforcement demonstrate similar and high resistance to low-velocity impact, measured by means of failure initiation force and impact maximum force

Wpływ uderzeń wielokrotnych na rozwój uszkodzenia kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknami

The study presents the problems of the influence of repeated low velocity and low energy impacts on damage growth in carbon and glass fibre reinforced high strength polymer composite. The laminate response to impacts was analyzed, the types of damages and their interrelations were identified as well as damages mechanisms were described for tested laminates subjected to repeated impacts. The following conclusions have been drawn on the basis of completed tests: (1) composite materials with polymer matrix reinforced with continuous glass and carbon fibres demonstrate limited resistance to repeated impacts. The laminates resistance to impacts depends mainly on the properties and type of components, particularly in case of reinforcing fibres, orientation of layer under the influence of external impact; (2) tested laminates with carbon fibres are characterized by lower resistance to repeated impacts than laminates with glass fibres. This is proved by the curves of laminate response to impacts, wider damage area and tendency to laminate structure perforation as a result of repeated impacts; (3) repeated impacts lead to damage growth mainly through propagation of damage initiated in initial impacts phase. Delaminations and matrix cracks belong to the basic mechanisms of damages in composite materials; (4) composite damage propagates with increasing number of impacts in fibres orientation direction, particularly in lower composite layers. Further impacts may result in higher stress concentration and higher initiation energy causing the damage growth in various areas of the material. Further impacts increase the damage leading to gradual growth of damages initiated before.W pracy przedstawiono problematykę wpływu powtarzających się uderzeń o niskiej prędkości i niskiej energii na rozwój uszkodzenia wysokowytrzymałych kompozytów polimerowych wzmacnianych włóknem węglowym oraz szklanym. Dokonano analizy odpowiedzi laminatu na uderzenia, zidentyfikowano rodzaj i relacje pomiędzy uszkodzeniami, a także przedstawiono mechanizmy uszkodzenia w badanych laminatach poddanych wielokrotnym uderzeniom. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano że: (1) materiały kompozytowe o osnowie polimerowej wzmacniane ciągłymi włóknami szklanymi i węglowymi wykazują ograniczoną odporność na wielokrotne uderzenia. O odporności laminatów na uderzenia decydują głównie właściwości i rodzaj komponentów, w szczególności włókien wzmacniających, orientacja warstw pod wpływem oddziaływania zewnętrznego; (2) badane laminaty z włóknami węglowymi charakteryzują się niższą odpornością na wielokrotne uderzenia w porównaniu do laminatów z włóknem szklanym. Świadczą o tym charakterystyki odpowiedzi laminatu na uderzenia, większy obszar uszkodzenia oraz skłonność do perforacji struktury laminatu w wyniku wielokrotnych uderzeń; (3) uderzenia wielokrotne powodują rozwój uszkodzenia głównie przez propagację uszkodzenia inicjowanego w czasie początkowych uderzeń. Do podstawowych mechanizmów uszkodzenia materiałów kompozytowych należą rozwarstwienia oraz pęknięcia osnowy; (4) wraz ze wzrostem liczby uderzeń uszkodzenie kompozytu propaguje w kierunku ułożenia włókien, szczególnie dolnych warstw kompozytu. Kolejne uderzenia mogą powodować większą kumulację naprężeń oraz energii inicjacji odpowiedzialnej za rozwój uszkodzenia w różnych obszarach materiału. Kolejne uderzenia powodują zwiększanie uszkodzenia prowadząc do stopniowego rozwoju wcześniej zainicjowanych uszkodzeń

Fractography and Damage Analysis of Carbon/Epoxy Composites Under Static and Dynamic Loading at Elevated Temperatures

This paper presents the microstructural and fractographic analysis of damage in carbon/epoxy composites after static and fatigue strength (shear) tests at elevated temperature. The microstructural tests and fractographic analysis confirmed the complexity of degradation process and degradation mechanisms in composite structure. Multiple cracks, delaminations and interface degradation between fibre and matrix have been observed. The fracture analysis indicate the occurrence of characteristic failure area: matrix river lines, matrix rollers, fractures and reinforcing fibres imprints. The interface, except of the type of components and their features, is the principal factor determining the properties of composite material. The quality of the bonding between the reinforcing phase and matrix, mechanism of composite cracking as a whole as well as cracks of individual components are directly affected by the interface

Evaluation of Force-Time Changes During Impact of Hybrid Laminates Made of Titanium and Fibrous Composite

Fibre metal laminates (FML) are the modern hybrid materials with potential wide range of applications in aerospace technology due to their excellent mechanical properties (particularly fatigue strength, resistance to impacts) and also excellent corrosion resistance. The study describes the resistance to low velocity impacts in Ti/CFRP laminates. Tested laminates were produced in autoclave process. The laminates were characterized in terms of their response to impacts in specified energy range (5J, 10J, 20J). The tests were performed in accordance with ASTM D7137 standard. The laminates were subjected to impacts by means of hemispherical impactor with diameter of 12,7 mm. The following values have been determined: impact force vs. time, maximum force and the force at which the material destruction process commences (Pi). It has been found that fibre titanium laminates are characterized by high resistance to impacts. This feature is associated with elasto-plastic properties of metal and high rigidity of epoxy - fibre composite. It has been observed that Ti/CFRP laminates are characterized by more instable force during impact in stage of stabilization of impactor-laminate system and stage of force growth that glass fibre laminates. It has been observed more stable force decrease in stage of stress relaxation and withdrawal of the impactor. In energy range under test, the laminates based on titanium with glass and carbon fibres reinforcement demonstrate similar and high resistance to low-velocity impact, measured by means of failure initiation force and impact maximum force

Effect of recycling on structure and mechanical properties of dental casting cobalt alloy

Pękanie metalowego szkieletu protez częściowych jest dość częstym przypadkiem w protetyce stomatologicznej. Główną przyczyną tego typu uszkodzenia jest niewłaściwa jakość odlewu. Ze względów ekonomicznych producenci stopów dopuszczają stosowanie złomu metalowego jako części wsadu. W pracy dokonano analizy wpływu recyklingu na właściwości mechaniczne i strukturę odlewniczego stopu kobaltu. Zastosowano odlewanie próżniowo-ciśnieniowe do wsadów zawierających 0%, 25% oraz 50% złomu pochodzącego z kanałów wlewowych i stożków odlewniczych stopu CoCrMo. Porównano właściwości mechaniczne i strukturę odlewów. Stwierdzono, że wytrzymałość mechaniczna wszystkich stopów jest niższa niż średnia deklarowana przez producenta. Przełomy mają charakter kruchy, z wyraźnie widoczną strukturą dendrytyczną. Wraz ze wzrostem udziału materiału wtórnie przetapianego rośnie niejednorodność struktury na przekroju poprzecznym próbek oraz gęstość mikropęknięć w objętości dendrytów po próbie rozciągania.Cracking of the frame partial dentures is frequent case in dental prosthodontics. The wrong quality of cast is the main reason for this type of damage. The alloys producers allow to use the scrap metal as the part of charge on account of economy. In this paper an influence of recycling on mechanical properties and structure of Co-Cr-Mo dental alloy is carried out. The vacuum pressure casting was used. The charges consist of 0%, 25% and 50% of scrap metal from gate assembly. The mechanical properties and microstructure of precision castings was compared. It was found that all casts strength was lower than average one declared by producer. The brittle fractures and dendritic structures was observed. The structure inhomogeneity and density of microcracks inside dendrites after tension test increase along with percentage growth of scrap metal