Nr wniosku: 154823, nr raportu: 7365. Kierownik (z rap.): prof. dr hab

Nr wniosku: 154823, nr raportu: 7365. Kierownik (z rap.): prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń
W projekcie określono wpływ mikrostruktury, składu fazowego, topografii powierzchni, stanu naprężeń własnych
dyfuzyjnych warstw azotowanych – TiN+Ti2N+αTi(N) i tlenoazotowanych – TiO2+ TiN+Ti2N+αTi(N) wytworzonych
na stopie tytanu Ti6Al4V oraz warstw amorficznego uwodornionego węgla modyfikowanego azotem - a-C:N:H,
wytwarzanych na kompozycie polimerowym (nazwa handlowa – PEEK T), zawierającym 10% włókien węglowych,
10%PTFE (politetrafluoroetylenu) i 10% grafitu na odporność na zużycie przez tarcie węzłów tribologicznych TiNTi6Al4V, TiN – PEEK T, TiN–a-C:N:H, TiO2-a-C:N:H i właściwości biologiczne w aspekcie opracowania
nowatorskiego rozwiązania materiałowego protezy stawu biodrowego. Dyfuzyjne warstwy powierzchniowe na stopie
tytanu Ti6Al4V wytwarzane były w procesach azotowania i tlenoazotowania w niskotemperaturowej plazmie na
potencjale katody oraz na potencjale plazmy, zaś warstwy węglowe metodą RFCVD. Opracowane warunki
technologiczne procesów obróbek powierzchniowych pozwoliły na wytworzenie na stopie tytanu warstw
powierzchniowych charakteryzujących się obecnością w strefie zewnętrznej warstwy nanokrystalicznego azotku tytanu TiN (proces azotowania) lub nanokrystalicznego tlenku tytanu ( rutylu) -TiO2 (proces tlenoazotowania) o dobrych
właściwościach tribologicznych, a także biologicznych, zaś w przypadku kompozytu polimerowego warstwy
amorficznego uwodornionego węgla modyfikowanego azotem (a-C:N:H) o dobrej przyczepności do podłoża i dobrych
właściwościach tribiologicznych, szczególnie w kontakcie z warstwą azotowaną -TiN+Ti2N+αTi(N). Wykazano, że
wytwarzane warstwy powierzchniowe mogą być zastosowane na elementy implantu protezy stawu biodrowego (główkę,
panewkę i trzpień) odpowiednio do funkcji jaką mają spełniać w organizmie, gwarantując długookresowe użytkowanie
protezy, eliminując zjawisko metalozy, dobrą osteointegrację, czy też niski współczynnik tarcia w układzie „główka –
panewka”. Wskazano również sposoby sterylizacji wytworzonych warstw powierzchniowych na tytanie i jego stopach
oraz opracowano warunki kształtowania mikrostruktury, składu fazowego, topografii i morfologii powierzchni,
określono także stan naprężeń w wytwarzanych warstwach powierzchniowych i właściwości biologiczne. Opracowane
procesy są innowacyjne, szczególnie proces hybrydowy - tlenoazotowania w niskotemperaturowej plazmie - łączący w
jednym cyklu technologicznym procesy azotowania i utleniania w warunkach wyładowania jarzeniowego, który otrzymał
m. in. wyróżnienie w XV edycji Konkursu „Polski Produkt Przyszłości” ( 2012r.) organizowanym przez Polską Agencję
Rozwoju Przedsiębiorczości (PARP) w kategorii „technologia przyszłości w formie przedwdrożeniowej”. Realizacja
projektu, a w szczególności opracowane warunki technologiczne procesów, realizowane w szerokim zakresie badania
tribologiczne oraz biologiczne, ze szczególnym zwróceniem uwagi na wykrzepianie krwi na powierzchni wytworzonych
materiałów, mają również duże znaczenie społeczne z uwagi na możliwość ich wykorzystania w produkcji implantów
kostnych i kardiologicznych. Opracowane procesy obróbek jarzeniowych mogą być bowiem zastosowane w
kształtowaniu właściwości użytkowych, w tym biologicznych, implantów wykonanych z tytanu i jego stopów, a proces
RFCVD w zwiększaniu właściwości tribologicznych oraz biologicznych polimerów i kompozytów polimerowych
stosowanych w medycynie. Z uwagi na fakt, że opracowane procesy obróbek powierzchniowych zwiększają właściwości
mechaniczne tytanu i jego stopów, a także materiałów polimerowych i kompozytów polimerowych, to mogą być
zastosowane również w innych dziedzinach przemysłu.
Efektem realizacji projektu jest również nowatorskie rozwiązanie materiałowe protezy stawu biodrowego wykonanego ze
stopu Ti6Al4V i kompozytu polimerowego (PEEK T), w którym zastosowano opracowane procesy obróbek
powierzchniowych (zgłoszenie patentowe nr P-404578). Stąd też wyniki badań mają duże znaczenie aplikacyjne bowiem
mogą stanowić podstawę do wytworzenia innowacyjnej, polskiej protezy stawu biodrowego.