• search hit 1 of 1
Back to Result List

Investigating the effect of Zr content on electrochemical and tribological properties of newly developed near β-type Ti-alloys (Ti–25Nb-xZr) for biomedical applications

Untersuchung der Auswirkung des Zr-Gehalts auf die elektrochemischen und tribologischen Eigenschaften neu entwickelter β-naher Ti-Legierungen (Ti-25Nb-xZr) für biomedizinische Anwendungen

  • In order to create alloys with exceptional properties for orthopedic uses, this study focuses on the impact of zirconium (Zr) content on the structural, electrochemical, and tribological qualities of nanostructured Ti–25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25, and 30 atomic (at.) %] alloys. The structural evolution was investigated using XRD and SEM techniques. The mechanical characteristics of the produced alloys, including Vickers hardness and Young’s modulus, were measured. In addition, the corrosion tests were performed using the OCP, EIS, and PD methods in Ringer’s solution within the independent pH range at 37°C. A ball-on-disc tribometer was used to investigate the tribological behavior of the alloys under various loads and wet conditions using the Ringer solution. It has been verified that Zr content (at. %) in the alloys had an impact on their morphologies, structural evolution, and mechanical characteristics. According to the morphological analysis, the particle and crystallite size decreases with increasing Zr content. Young’s modulusIn order to create alloys with exceptional properties for orthopedic uses, this study focuses on the impact of zirconium (Zr) content on the structural, electrochemical, and tribological qualities of nanostructured Ti–25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25, and 30 atomic (at.) %] alloys. The structural evolution was investigated using XRD and SEM techniques. The mechanical characteristics of the produced alloys, including Vickers hardness and Young’s modulus, were measured. In addition, the corrosion tests were performed using the OCP, EIS, and PD methods in Ringer’s solution within the independent pH range at 37°C. A ball-on-disc tribometer was used to investigate the tribological behavior of the alloys under various loads and wet conditions using the Ringer solution. It has been verified that Zr content (at. %) in the alloys had an impact on their morphologies, structural evolution, and mechanical characteristics. According to the morphological analysis, the particle and crystallite size decreases with increasing Zr content. Young’s modulus and Vickers hardness show the same tendency. The EIS data demonstrated that a single passive film formed on the alloy surfaces, and the addition of Zr enhanced the corrosion resistance of the passive films. The polarization curves demonstrate that the alloys had low corrosion current densities and large passive areas without the passive films disintegrating. Likewise, the inclusion of Zr resulted in a reduction in the corrosion and passive current density values. All of these results suggested that the titanium alloys exhibit a more noble electrochemical activity caused by Zr. From the tribological perspective, it was found that the friction coefficient of the alloys reduced with increasing Zr content.show moreshow less
  • Um Legierungen mit außergewöhnlichen Eigenschaften für orthopädische Anwendungen zu schaffen, konzentriert sich diese Studie auf die Auswirkungen des Zirkonium (Zr)-Gehalts auf die strukturellen, elektrochemischen und tribologischen Eigenschaften von nanostrukturierten Ti-25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25 und 30 Atom-(at.) %] Legierungen. Die strukturelle Entwicklung wurde mit XRD- und SEM-Techniken untersucht. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Legierungen, einschließlich der Vickershärte und des Elastizitätsmoduls, wurden gemessen. Darüber hinaus wurden die Korrosionstests mit den Methoden OCP, EIS und PD in Ringerlösung im unabhängigen pH-Bereich bei 37°C durchgeführt. Mit einem Kugel-Scheiben-Tribometer wurde das tribologische Verhalten der Legierungen unter verschiedenen Belastungen und nassen Bedingungen in Ringerlösung untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass der Zr-Gehalt (in %) in den Legierungen einen Einfluss auf ihre Morphologie, strukturelle Entwicklung und mechanischen Eigenschaften hat. Die morphologischeUm Legierungen mit außergewöhnlichen Eigenschaften für orthopädische Anwendungen zu schaffen, konzentriert sich diese Studie auf die Auswirkungen des Zirkonium (Zr)-Gehalts auf die strukturellen, elektrochemischen und tribologischen Eigenschaften von nanostrukturierten Ti-25NbxZr [x = 5, 10, 15, 20, 25 und 30 Atom-(at.) %] Legierungen. Die strukturelle Entwicklung wurde mit XRD- und SEM-Techniken untersucht. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Legierungen, einschließlich der Vickershärte und des Elastizitätsmoduls, wurden gemessen. Darüber hinaus wurden die Korrosionstests mit den Methoden OCP, EIS und PD in Ringerlösung im unabhängigen pH-Bereich bei 37°C durchgeführt. Mit einem Kugel-Scheiben-Tribometer wurde das tribologische Verhalten der Legierungen unter verschiedenen Belastungen und nassen Bedingungen in Ringerlösung untersucht. Es wurde nachgewiesen, dass der Zr-Gehalt (in %) in den Legierungen einen Einfluss auf ihre Morphologie, strukturelle Entwicklung und mechanischen Eigenschaften hat. Die morphologische Analyse ergab, dass die Partikel- und Kristallitgröße mit zunehmendem Zr-Gehalt abnimmt. Elastizitätsmodul und Vickershärte zeigen die gleiche Tendenz. Die EIS-Daten zeigten, dass sich auf den Legierungsoberflächen ein einziger Passivfilm bildete, und der Zusatz von Zr erhöhte die Korrosionsbeständigkeit der Passivfilme. Die Polarisationskurven zeigen, dass die Legierungen niedrige Korrosionsstromdichten und große passive Flächen aufwiesen, ohne dass sich die Passivfilme auflösten. Ebenso führte der Zusatz von Zr zu einer Verringerung der Korrosions- und Passivstromdichtewerte. Alle diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Titanlegierungen eine edlere elektrochemische Aktivität aufweisen, die durch Zr verursacht wird. Aus tribologischer Sicht wurde festgestellt, dass der Reibungskoeffizient der Legierungen mit zunehmendem Zr-Gehalt abnahm.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Search Google Scholar Stastistics
Metadaten
Author: Aleksei ObrosovORCiD, Mamoun FallahORCiD, Naouel HezilORCiD, Dikra Bouras, Nabila Bouchareb, Alejandro Perez LariosORCiD, Gamal A. El-HitiORCiD, Prof. Dr.-Ing. habil. Sabine WeißORCiD
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2024.100695
ISSN:2468-2179
Parent Title (English):Journal of Science: Advanced Materials and Devices
Publisher:Elsevier
Place of publication:Amsterdam
Document Type:Scientific article
Language:English
Year of Completion:2024
Release Date:2024/07/08
Tag:Biomedizinische Anwendungen; Nanowerkstoffe; Ringerlösung; Ti-Nb-Zr-Legierungen; Tribologisches Verhalten
Biomedical applications; Nanobiomaterials; Ringer's solution; Ti-Nb-Zr alloys; Tribological behavior
GND Keyword:Biomedizin; Nanostrukturiertes Material; Titanlegierung; Zirconium
Volume:9
Issue:2
Article Number:100695
Fundername (not EU):Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / Open-Access-Publikationskosten (2023 -2025) / 512881332
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Metallkunde und Werkstofftechnik
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Einverstanden ✔
Diese Webseite verwendet technisch erforderliche Session-Cookies. Durch die weitere Nutzung der Webseite stimmen Sie diesem zu. Unsere Datenschutzerklärung finden Sie hier.