Surface modification of titanium with plasmochemical methods

W pracy przedstawiono wyniki badań nad modyfikacją powierzchni tytanu Ti Grade 2 warstwami a-C: H i a-C:N:H oraz warstwami węgloazotku krzemu SiCxNy(H) przy zastosowaniu metody chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmowym MWCVD (2kW, 2.45GHz) oraz RFCVD (400W, 13.45MHz). W roli prekursorów gazowych zastosowano NH3, N2, CH4, H2, SiH4 oraz Ar. Określono zachowanie korozyjne w roztworze sztucznej śliny otrzymanych układów warstwa-podłoże metaliczne w porównaniu z niemodyfikowanymi metalami.The paper presents results of research on titanium Ti Grade 2 surface modification with a-C:H, a-C:N:H and silicon carbonitride SiCxNy(H) layers synthesis by plasma assisted chemical vapour deposition method MWCVD (2kW, 2.45GHz) and RFCVD (400 W, 13.45MHz). As a gas precursors NH3, N2, CH4, H2, SiH4 and Ar were used. Corrosion behaviour of obtained systems in the solution of artificial saliva determined in comparison with the unmodified metal

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmowo – projektowanie technologii funkcjonalnych powłok

Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition (PA CVD) method allows to deposit of homogeneous, well-adhesive coatings at lower temperature on different substrates. Plasmochemical treatment significantly impacts on physicochemical parameters of modified surfaces. In this study we present the overview of the possibilities of plasma processes for the deposition of diamond-like carbon coatings doped Si and/or N atoms on the Ti Grade2, aluminum-zinc alloy and polyetherketone substrate. Depending on the type of modified substrate had improved the corrosion properties including biocompatibility of titanium surface, increase of surface hardness with deposition of good adhesion and fine-grained coatings (in the case of Al-Zn alloy) and improving of the wear resistance (in the case of PEEK substrate).Metoda chemicznego otrzymywania warstw z fazy gazowej w warunkach plazmy (PA CVD – Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition) umożliwia otrzymywanie homogenicznych struktur warstwowych w niskich temperaturach, o dobrej adhezji do podłoży. Warunki w jakich prowadzone są procesy plazmochemiczne w znacznym stopniu decydują o właściwościach fizykochemicznych modyfikowanych powierzchni. W pracy przedstawiono możliwości w zakresie projektowania procesów plazmochemicznych z otrzymaniem warstw DLC (Diamond-like Carbon) dotowanych atomami Si i/lub N. W zależności od rodzaju modyfikowanego podłoża uzyskano poprawę właściwości korozyjnych przy zachowaniu biokompatybilności powierzchni (w przypadku Ti Grade2), poprawę twardości powierzchni na drodze otrzymania drobnoziarnistej powłoki o dobrej adhezji do podłoża (w przypadku Al-Zn) i poprawę odporności na zużycie (w przypadku PEEK)

Synthesis and properties of silicon carbonitride layers on polyetheretherketone

Warstwy węgloazotku krzemu posiadają szereg interesujących właściwości, w tym mechanicznych i biologicznych. Jednak synteza tego typu warstw na podłożach polimerowych jest bardzo trudnym zadaniem, ze względu na niską energię powierzchniową polimerów oraz ich wrażliwość na działanie podwyższonych temperatur. W tej pracy pokazujemy, że jest to możliwe poprzez zastosowaniem metody chemicznego osadzania z fazy gazowej ze wspomaganiem plazmy generowanej falami o częstości radiowej (RFPACVD, 13,56 MHz, 400 W). Strukturę otrzymanych warstw analizowano przy użyciu spektroskopii w podczerwieni z transformatą Fouriera (FTIR). Wykazano obecność ugrupowań typu Si-C, Si-N, C-N, C=N, C=C, C=N, Si-H i C-H. Badania tribologiczne i biologiczne pokazały, że warstwa SiCxNy(H) ma dobre właściwości ślizgowe, a otrzymany materiał kompozytowy, podłoże PEEK-warstwa a-C:N:H/SiCxNy(H), charakteryzuje się niższym współczynnikiem tarcia, wyższą odpornością na zużycie oraz lepszą biozgodnością w porównaniu do niemodyfikowanego polieteroeteroketonu. Wysoką adhezję warstwy do podłoża uzyskano poprzez odpowiednie przygotowanie osadzanej powierzchni na drodze trawienia w plazmie argonowej. Trawienie jonowe powoduje bowiem wzrost chropowatości oraz energii powierzchniowej modyfikowanych podłoży. Również wytworzenie warstwy pośredniej, nie zawierającej krzemu (a-C:N:H), przyczyniło się do osiągnięcia wysokiej adhezji pomiędzy warstwą a-SiCxN(H) a polimerowym podłożem.Silicon carbonitride layers have many interesting properties, including mechanical and biological ones. However obtaining such layers on polymeric substrate is very difficult due to low surface energy of polymers and their sensivity to elevated temperatures. In this work it is shown that it is possible by application of plasma assisted chemical vapour deposition, where plasma is generated by radiowaves (RF PACVD, 13.56 MHz, 400 W). The structure of the layers was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The presence of Si-C, Si-N, C-N, C=N, C=C, C=N, Si-H and C-H bonds was shown. Tribological and biological studies revealed that the SiCxNy(H) layer has good sliding properties and obtained composite material PEEK/a-C:N:H/SiCxNy(H) exhibits lower friction coefficient, higher wear resistance and better biocompatibility compared to the unmodified polyetheretherketone. Good adhesion between the layer and the substrate has been achieved by a proper preparation of the substrate surface by subjecting it to the Ar plasma etching. Such pre-treatment caused increasement of surface energy and roughness parameters of modified polymers. Formation of the intermediate carbon nitride layer also contributed to ensuring high adhesion between a-SiCxNy(H) layer and polymeric substrate