Wpływ zawartości węgla i azotu w powłokach Ti(C,N) na ich wybrane właściwości mechaniczne

Stopy metali nieszlachetnych stosowane w protetyce i ortodoncji na różnego rodzaju uzupełnienia i aparaty mogą powodować niekorzystne odpowiedzi organizmu. Aby temu zapobiec stosuje się różnego rodzaju modyfikacje warstw wierzchnich oraz pokrycia ochronne. Najczęściej stosowanymi są tlenki, węgliki i azotki metali. Spośród tych ostatnich na szczególną uwagę zasługują węgliki i azotki tytanu, charakteryzujące się dobrymi właściwościami mechanicznymi i dużą odpornością na korozję. Celem niniejszej pracy było zbadanie wybranych właściwości (moduł sprężystości, twardość, przyczepność) powłok Ti(C,N) na stopach protetycznych w zależności od udziału w nich węgla i azotu. Badaniom poddano próbki w kształcie walców ze stopu protetycznego typu Ni-Cr pokrytego powłokami Ti(C,N) o różnej zawartości węgla i azotu w warstwie, poczynając od czystych powłok TiN do czystych TiC. Powłoki osadzano metoda rozpylania magnetronowego. Na tak otrzymanych próbkach wykonano badania twardości i modułu sprężystości metodą nanoindentacji oraz przyczepności zgodnie z normą VDI 3198. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że wzrost zawartości węgla w powłoce Ti(C,N) powoduje zarówno wzrost twardości od 20 GPa (TiN) do 34 GPa (TiC), jak i modułu sprężystości od 272 (TiN) do 382 (TiC). Przyczepność wszystkich badanych powłok do podłoża metalicznego była zadawalająca i mieściła się w klasie HF1 wzorca normy. W żadnym przypadku nie odnotowano delaminacji powłok, a tylko pęknięcia w okolicy odcisku, przy czym widoczne one były dopiero przy dość znacznym powiększeniu (1000x). Podsumowując przeprowadzone badania, można stwierdzić, że powłoki typu Ti(C,N) na protetycznym stopie Ni-Cr są zadowalające z punktu widzenia zastosowania ich jako ochronne na elementach protetycznych i ortodontycznych.

Non-precious metal alloys used in prosthetics and orthodontics for various kinds of restorations and apparatuses can cause disadvantageous responses of the body. In order to prevent this, different surface layer modifications as well as protective coatings are applied. Among the most frequently used, we can name metal oxides, carbides and nitrides, among which titanium carbides and nitrides are especially worth-mentioning, as they characterize in good mechanical properties and high corrosive resistance. The aim of this work was to examine selected properties (modulus of elasticity, hardness, adhesion) of Ti(C,N) coatings applied on prosthetic alloys, depending on the carbon and nitrogen content. The tests involved the use of cylinder-shaped samples made of a Ni-Cr-type prosthetic alloy coated with Ti(C,N) coatings of different carbon and nitrogen contents in the layer, from pure TiN coatings to pure TiC coatings. The coatings were deposited by the magnetronic sputtering method. The samples obtained in this way then underwent hardness and modulus of elasticity tests by the nano-indentation method as well as adhesion tests according to the VDI 3198 standard. The results of the examinations showed that an increase of the carbon content in the Ti(C,N) coating causes an increase of both the hardness, from 20 GPa (TiN) to 34 GPa (TiC), and the modulus of elasticity, from 272 (TiN) to 382 (TiC). The adhesion of all the examined samples to the metal substrate was satisfying and was within the range of the HF1 grade of the standard’s model. None of the cases exhibited coating delamination – only fractures in the vicinity of the indentation, which were visible only at quite a large magnification (1000x). To sum up the performed tests, we can state that Ti(C,N)-type coatings applied on a prosthetic Ni-Cr alloy are satisfying from the point of view of their protective application for prosthetic and orthodontic elements.