Lista przedmiotów z materiałami udostępnionymi dla studentów

Dla_studentów
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Kamil Pawlak

Badanie właściwości tribologicznych i bakteriostatyczności powłok z amorficznego węgla wytwarzanego metodą HiPIMS


Investigation of tribological and bacteriostatic properties of amorphous carbon coatings deposited by means of HiPIMS


Opiekun pracy dyplomowej: dr inż. Marcin Makówka
Praca dyplomowa inżynierska obroniona 2022-04-11
Streszczenie pracy dyplomowej:
W niniejszej pracy opisany został proces wytworzenia i badania powłoki węglowej nałożonej metodą PVD, a konkretnie amorficznej typu DLC. Jest bardzo wiele rodzajów powłok węglowych. Znajdują one zastosowanie w kilku dziedzinach związanych z medycyną. Pokrycie powłoką węglową zwiększa odporność elementu na korozję i jego biozgodność. Znane powszechnie formy węgla to grafit i diament, ale także np. nanorurki węglowe. Zdecydowano się badać powłoki DLC, gdyż posiadają one duży potencjał w implantologii oraz innych dziedzinach medycyny i nauki. W celu realizacji przedmiotu niniejszej pracy trzeba było wytworzyć powłoki DLC metodą PVD, aby można było zbadać ich właściwości i możliwe zastosowania w inżynierii biomedycznej. Pierwsze etapy realizacji pracy obejmowały przygotowanie próbek ze stopu tytanu, ze szczególnym uwzględnieniem utwardzenia ich powierzchni, na którą następnie miała być nałożona powłoka. W procesach wykorzystujących metody inżynierii powierzchni, w tym PVD i CVD w pierwszym etapie następuje trawienie, a w następnym wytwarzanie powłoki. Oba odbywają się pod niskim ciśnieniem. Trawienie zapewnia, że powierzchnia zostanie oczyszczona, a sam element równomiernie rozgrzany. Efektem tego jest dobra adhezja elementu z wytworzoną powłoką. Po wykonaniu próbek wykonano szereg badań: badania tribologiczne, toksykologię live/dead, badanie mikrotwardości i spektroskopię Ramana. Badania tribologiczne z przeciwpróbką w postaci kulki z ZrO2, przeprowadzono, aby określić współczynnik tarcia tej pary ciernej oraz współczynnik zużycia wynikający z tarcia. Badania toksykologii live/dead na bakterii Escherichia coli były potrzebne w celu sprawdzenia poziomu biozgodności materiału. Badanie mikrotwardości wykonano, aby sprawdzić twardość warstwy utwardzonej stopu tytanu oraz wyznaczyć jej głębokość. Spektroskopię Ramanowską przeprowadzono w celu określenia hybrydyzacji wiązań węgla w powłoce DLC. Wykonane badania miały na celu porównanie naszej powłoki z kilkoma innymi materiałami, takimi jak stop tytanu i powłoki węglowe, w tym nanokompozytowe. Zebrane informacje opracowano w niniejszej pracy opisując otrzymane wyniki pomiarów i określając właściwości a także przydatność otrzymanej powłoki DLC.
Abstract:
This paper describes the process of manufacturing and testing the carbon coating applied by the PVD method, namely the amorphous DLC type. There are many types of carbon coatings. They are used in several fields related to medicine. Carbon coating increases the corrosion resistance of the element and its biocompatibility. Commonly known forms of carbon are graphite and diamond, but also, for example, carbon nanotubes. It was decided to study DLC coatings because they have great potential in implantology and other fields of medicine and science. In order to implement the subject of this work, it was necessary to produce DLC coatings using the PVD method, so that their properties and possible applications in biomedical engineering could be examined. The first stages of the work included the preparation of titanium alloy samples, with particular emphasis on hardening their surface, on which the coating was to be subsequently applied. In surface engineering processes, including PVD and CVD, etching takes place as the first step, followed by the production of the coating. Both take place under low pressure. Pickling ensures that the surface is cleaned and the component is evenly heated. The result is good adhesion of the element with the coating produced. After the samples were prepared, a number of tests were performed: tribological tests, live / dead toxicology, microhardness tests and Raman spectroscopy. Tribological tests with a counter-sample in the form of a ZrO2 ball were carried out to determine the friction coefficient of this friction pair and the wear coefficient resulting from friction. A live / dead toxicology study on Escherichia coli was needed to verify the biocompatibility level of the material. The microhardness test was performed to check the hardness of the hardened layer of the titanium alloy. Raman spectroscopy was performed to determine the hybridization of the carbon bonds in the DLC coating. The performed tests were aimed at comparing our coating with several other materials, such as titanium alloy and carbon coatings, including nanocomposite ones. The collected information was elaborated in this work by describing the obtained measurement results and determining the properties and suitability of the obtained DLC coating.