Modyfikacja powierzchni stopu tytanu w plazmie fluorowej oraz jej wpływ na wybrane właściwości

Biomedycyna to dziedzina wykorzystująca tytan i jego stopy. Ze względu na doskonałe właściwości mechaniczne, odporność na korozję i biokompatybilność jest stosowany jako materiał do produkcji wielu rodzajów implantów. Trawienie tego stopu w plazmie i zmiana topografii ma na celu poprawę ewentualnej osteointegracji powierzchni tego materiału z kością. Jedną z technik poprawiających właściwości powierzchni tytanu i jego stopów jest metoda suchego trawienia z wykorzystaniem plazmy fluorowej.
Celem pracy było przeprowadzenie modyfikacji powierzchni stopu Ti6Al7Nb w plazmie z wykorzystaniem gazów CF4 i SF6 oraz dodatkowo z tlenem i argonem, a następnie ocena efektów suchego trawienia w celu ustalenia, jak wpłynie ono na morfologię, topografię i skład chemiczny tak strukturyzowanej powierzchni. W procesie trawienia w plazmie zastosowano maski wykonane ze stali nierdzewnej.
Tak zmodyfikowane powierzchnie zostały poddane analizie. W tym celu wykonano obserwacje mikroskopowe (SEM, optyczne), obserwacje z użyciem mikroskopu cyfrowego, analizę składu chemicznego (EDS), topografię powierzchni (profilometr optyczny). Dodatkowo zbadano kierunkowość i selektywność próbek.
Powierzchnie trawione z wykorzystaniem plazmy SF6 uzyskały większą chropowatość oraz charakteryzowały się większą głębokością trawienia, świadczącą o większej szybkości trawienia. Dla procesów z wykorzystaniem gazu SF6 uzyskano także większą selektywność trawienia uzyskała większą chropowatość, większą głębokość trawienia, a tym samym większą szybkość trawienia i większą selektywność. Zaobserwowano także niższe wartości kierunkowości oraz większą anizotropię w porównaniu do procesów z wykorzystaniem gazu CF4

Biomedicine is an area that uses titanium and its alloys. Due to its excellent mechanical properties, corrosion resistance, and biocompatibility, it is used as a production material for numerous kinds of implants. Etching of this alloy in plasma and changing the topography is aimed at improving the possible osseointegration of the surface of the material with the bone. One of the techniques enhancing the properties of titanium and its alloys is the dry etching method with the use of fluorine-based plasma.
The purpose of this study was to evaluate the effects of dry etching to find how it will affect the morphology, topography, and chemical composition of the modified alloy.
The most important part of the analysis was the dry etching process with CF4 and SF6 gases plus oxygen and argon variants.
After processing the metal surface, it was analyzed. For this purpose, microscopic observations (SEM, optical), observations using a digital microscope, chemical composition (EDS) and, surface topography (optical profilometer) analysis were performed. Additionally, the directivity and selectivity of the modified surfaces were tested.
Samples subjected to the dry etching process with SF6 plasma were rougher, achieved larger etch depths and thus greater etch rate and greater selectivity. Lower directivity values and greater isotropy was received compared to plasma CF4.