Plazma nitrürlenmiş CoCrMo ortopedik alaşım malzemesinin yapısal ve kompozisyonel karakterizasyonu

Abstract

Plazma nitrürleme teknikleri, CoCrMo alaşımlarının yakın yüzey tabakalarını modifiye ederek bu malzemelerin yüzeylerinde aşınma ve korozyona dayanıklı tabakalar oluşturmakta kullanılmaktadır. Bu çalışmada, medikal sınıfı CoCrMo alaşımı, düşük basınç altında (~ 60 mTorr), 60% N2 – 40% H2 gaz karışımında ve 400 ºC de 1, 2, 4, 6 ve 20 saat sürelerince RF plazma nitrürlenmiştir. Plazma nitrürlenmiş tabakaların yapısal ve kompozisyonel karakterizasyonu X-ışınları kırınımı (XRD), taramalı electron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve glow discharge optik emisyon spektroskopisi (GDOES) teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Nitrürlenmiş tabakaların sertlik ve aşınma davranışları mikrosertlik ve pin-on-disc testleri kullanılarak incelenmiştir. Deneysel analiz sonuçları, 400 ºC’ deki plazma nitrürleme işlemi sonucunda, yüksek azot içeriğine sahip (~ 30 at.%) genişlemiş östenit fazının (γN) oluştuğunu göstermektedir. Bununla birlikte, uzun nitrürleme sürelerinde (6 ve 20 saat) γN fazında CrN dekompozisyonu ve yüzeye paralel olan γN taneciklerde (200) tercihli yönelmeler oluşmaktadır. Elektrokimyasal ve Ar+ ışınları yöntemiyle dağlanmış nitrürlenmiş malzemelerinin kesit-yüzey mikroskopi analizlerine ve GDOES verilerine göre, nitrürlenmiş tabakaların kalınlıkları yaklaşık olarak 2 ile 10 mikrometre arasında değişmektedir. Kalınlık analizlerine göre, CoCrMo malzemelerinin 400 ºC’ de plazma nitrürlenmesi sonucu, ortalama azot diffüzyon katsayısı yaklaşık olarak 1.5x10-11 cm2/s bulunmuştur. Tüm plazma nitrürlenmiş CoCrMo alaşımlarında önemli sertlik ve aşınma iyileşmeleri gözlenmesine rağmen, en iyi aşınma-korozyon dayanıklılığı yalnızca γN yapısına sahip CoCrMo alaşımlarında gözlenmiştir.