Розмір шрифту: 

Ткачук О.В., Труш В.С., Проскурняк Р.В.
(ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України, Львів)

tkachukoleh@gmail.com

Останнім часом зріс інтерес до оксинітридів титану (TiNxO1-х), які володіють кращими властивостями відповідного нітриду та оксиду, що може мати значний потенціал для підвищення ефективності зубних і ортопедичних імплантатів. Зміна співвідношення азоту до кисню дозволяє істотно регулювати властивості оксинітриду титану та досягати найвищого ефекту.
Оксинітрування титанового сплаву ВТ6 реалізовували шляхом контрольованого окиснення термодифузійно сформованого нітридного шару:
І. Низькотемпературне окиснення нітриду титану. Попередньо азотовані зразки нагрівали у вакуумі 10-3 Па до температури окиснення 650 оС, при якій у камеру напускали кисневмісне газове середовище (pО2 = 0,001 Па), і охолоджували до 500 оС та вакуумували систему.
ІІ. Високотемпературне окиснення нітриду титану. Попередньо окиснені за низької температури зразки нітриду титану окиснювали за тією ж схемою, проте температура окиснення становила 850 оС.
В результаті азотування титанового сплаву ВТ6 формується дифузійна зона (твердий розчин азоту в α-титані) і нітридна плівка на поверхні. Залежно від парціального тиску азоту змінюється як склад нітридної плівки, так і її товщина. Так, за pN2=1 Па нітридна плівка містить 65 % Ti2N фази і 4 % TiN фази, а за pN2=105 Па – 18 % і 67 %, відповідно, тобто за 1 Па формується нітридна плівка на базі Ti2N фази, а за 105 Па – на базі TiN фази. Склад нітриду титану TiN зі збільшенням парціального тиску азоту наближається до стехіометричного. Товщина нітридної плівки при цьому зростає від 3 до 7 мкм.
Після низькотемпературного окиснення титанового сплаву ВТ6 з нітридними покриттями на базі Ti2N фази і на базі TiN фази на поверхні формується оксинітридна плівка. Згідно результатів рентгенівського фазового аналізу, її ідентифікували за рефлексами (111), (200) і (220) оксинітридної фази TiNxO1-x. Відносна інтенсивність даних рефлексів після низькотемпературного окиснення нітридного покриття на базі TiN фази вища, ніж після низькотемпературного окиснення нітридного покриття на базі Ti2N фази. Склад оксинітридної плівки залежить від типу нітридного покриття. Згідно залежності параметра гратки оксинітриду титану від вмісту азоту, після низькотемпературного окиснення нітридного покриття на базі Ti2N фази формується оксинітрид титану з більшим вмістом кисню, ніж після низькотемпературного окиснення нітридного покриття на базі TiN фази, про що свідчить збільшення параметра гратки оксинітриду титану від 0,4270 нм проти 0,4242 нм. Це пов'язано з меншим ступенем укомплектування неметалевої підгратки нітриду титану перед низькотемпературним окисненням.
При високотемпературному окисненні сплаву відносна інтенсивність рефлексів оксинітридної фази зростає. Після високотемпературного окисненння незалежно від типу нітридного покриття вміст кисню у складі оксинітриду титану зменшується, що пов'язано з прискоренням дифузійних процесів за рахунок вищої температури окиснення (850 оС порівняно з 650 оС). Слід зазначити, що як і у випадку низькотемпературного окиснення, при високотемпературному окисненні нітридного покриття на базі Ti2N фази формується оксинітрид титану з більшим вмістом кисню, ніж на базі TiN фази. Параметр гратки оксинітриду титану збільшується від 0,4245 нм до 0,4274 нм.
Робота виконана в рамках проекту науково-дослідних робіт молодих учених НАН України у 2016 р. № ІІ-106-16.