Нітрид алюмінію (AlN), нове покоління керамічного матеріалу, який забезпечує високу корозійну тривкість, міцність та твердість. Він використовується в якості конструкційного та біоінженерного матеріалу, а також в електроніці. Перспективною альтернативою впровадження AlN в медицину може бути використання його в якості покриття на традиційних металевих імплантаційних матеріалах: нержавіючих сталях, титанових і кобальтхромових сплавах, що дозволить зменшити їх електрохімічну та корозійну активність.

Досліджували циліндричні зразки діаметром 10 мм та товщиною 2 мм із технічно чистого титану ВТ1-0. Зразки попередньо шліфували та полірували алмазними пастами до R_а=0,2 мкм. Після полірування зразки промивали у спирті в ультразвуковій ванні та висушували.

Електродугове покриття алюмінію на технічно чистому титані ВТ1-0 одержували напиленням із електродних порошкових алюмінієвих дротів. Покриття наносили на продробоструминену корундом поверхню зразків титану ВТ1-0 за наступного режиму: напруга на дузі U = 32 В, струм дуги І = 150 А, тиск розпилювального повітря Р = 0,6 МПа, дистанція напилення L = 150 мм. Покриття наносили пошарово, за 6 проходів.

Азотування технічно чистого титану ВТ1-0 з напиленим шаром алюмінію здійснювали у реакційній камері в середовищі молекулярного азоту за парціального тиску газу 105 Па. Температура азотування становила 800 ^оС, а тривалість – 2 год. Використовували технічно чистий азот, який очищали, щоб кисню і вологи було не більше 0,01%, пропускаючи через капсулу з силікагелем і нагріту на ~50°С вище температури насичення титанову стружку. Зразки нагрівали та охолоджували в середовищі азоту.

В результаті обробки, на першому етапі, на поверхні технічно чистого титану ВТ1-0 формується шар алюмінію товщиною 120 мкм, яку зменшували до 80 мкм поліруванням. Твердість поверхні зменшується у 6 разів: від 1,8 до 0,3 ГПа. Якість поверхні знижується на п'ять класів шорсткості (з 9 до 4), що відповідає зменшенню середнього арифметичного відхилення профілю поверхні у ~ 40 разів. На рис. 1 представлено морфологію поверхні технічно чистого титану ВТ1-0 після напилення алюмінію (а) та наступного азотування (б).

Рис. 1. Морфологія поверхні технічно чистого титану ВТ1-0 після напилення алюмінію (а) та наступного азотування (б) (×500)

У процесі термодифузійного насичення в середовищі молекулярного азоту на поверхні, згідно результатів рентгенівського фазового аналізу, формується покриття на основі нітриду алюмінію. Якість поверхні не погіршується (рис. 1, б). Значення шорсткості поверхні знаходиться у межах 4 класу шорсткості, і становить 7,9 мкм. В той же час поверхнева твердість збільшується до 12 ГПа, що у 6 разів перевищує значення для необробленого титану.