Characteristics of ceramic-like coatings obtained by plasma electrolyte oxidation on different Ti alloys

Abstract

Plasma electrolyte oxidation was used to modify the surface of different Ti alloys: c.p. Ti (α hcp structure), Ti–15Nb (α′ + β structure) and Ti–33Nb–33Zr (stable β cubic structure) and the influence of elements and microstructure in the TiO2-based ceramic layer formed as well as the surface properties was analyzed. The XRD patterns confirmed the presence of TiO2 (anatase and rutile) in the c.p. Ti. For Ti–15Nb (wt.%) indicated the presence the same oxides also of pentoxide niobium (Nb2O5). For Ti–33Nb–33Zr (wt.%) indicated just the presence of rutile as the stable oxide one at room temperature and dioxide zirconium (ZrO2). In addition, the formation of calcium carbonate CaCO3 and calcium phosphate Ca3(PO4)2 was detected in all 3 materials. The ceramic-like layer was more homogeneous for c.p. Ti and Ti–15Nb and more irregular hole like-pores for Ti–33Nb–33Zr. Bioactive ions used were detected in all alloys and the roughness for Ti–15Nb was higher compared to c.p. Ti. and Ti–33Nb–33Zr. The contact angle for the three samples was higher than 100°. Resumen: La electro oxidación por plasma fue utilizada con el objetivo de sintetizar recubrimientos de óxidos en la superficie de diferentes aleaciones de Ti tales como: Ti c.p. (estructura α hcp), Ti-15Nb (estructura α′+β) y Ti-33Nb-33Zr (estructura cúbica β estable). Así mismo, esta técnica permitió evaluar el efecto de los elementos de la aleación; la microestructura de la capa cerámica formada, cuya base es TiO2; así como las propiedades superficiales. Los patrones de XRD confirmaron la presencia de TiO2 (anatasa y rutilo) en el Ti c.p., así como la presencia de los mismos para la aleación Ti-15Nb (% en peso) y la formación del pentóxido de niobio (Nb2O5), mientras que para la aleación Ti-33Nb-33Zr (% en peso), el análisis de DRX mostró la presencia del rutilo, como el óxido estable a la temperatura ambiente, así como del dióxido de zirconio (ZrO2). Además, en los 3 materiales se detectó la formación del carbonato de calcio CaCO3 y fosfato de calcio Ca3(PO4)2. Adicionalmente, la capa cerámica fue más homogénea para el Ti c.p. y Ti-15Nb, mientras que los microporos formados fueron más irregulares en la aleación Ti-33Nb-33Zr. Los iones bioactivos utilizados se detectaron en todas las aleaciones. Sin embargo, la rugosidad para el Ti-15Nb fue mayor en comparación con la del Ti c.p. y Ti-33Nb-33Zr, aun cuando el ángulo de contacto para las tres muestras fue superior a 100° indicando una superficie más hidrofóbica.

Keywords

• Recubrimientos similares a la cerámica
• Aleación de β-Ti
• Oxidación de electrolitos en plasma
• Propiedades de la superficie