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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 2/2014

01.02.2014

Mechanical Property Enhancement of Ti-6Al-4V by Multilayer Thin Solid Film Ti/TiO2 Nanotubular Array Coating for Biomedical Application

verfasst von: Erfan Zalnezhad, Saeid Baradaran, A. R. Bushroa, Ahmed A. D. Sarhan

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 2/2014

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Abstract

With the intention of improving the mechanical properties of Ti-6Al-4V, samples were first coated with pure titanium using the physical vapor deposition (PVD) magnetron sputtering technique. The Taguchi optimization method was used to attain a higher coating on substrate adhesion. Second, pure titanium-coated samples with higher adhesion were anodized to generate TiO2 nanotubes. Next, the TiO2-coated specimens were heat treated at annealing temperatures of 753.15 K and 923.15 K (480 °C and 650 °C). The XRD results indicate that the varying heat treatment temperatures produced different phases, namely, anatase [753.15 K (480 °C)] and rutile [923.15 K (650 °C)]. Finally, the coated samples’ mechanical properties (surface hardness, adhesion, and fretting fatigue life) were investigated. The fretting fatigue lives of TiO2-coated specimens at 753.15 K and 923.15 K (480 °C and 650 °C) annealing temperatures were significantly enhanced compared to uncoated samples at low and high cyclic fatigue. The results also indicate that TiO2-coated samples heat treated at an annealing temperature of 753.15 K (480 °C) (anatase phase) are more suitable for increasing fretting fatigue life at high cyclic fatigue (HCF), while at low cyclic fatigue, the annealing temperature of 923.15 K (650 °C) seemed to be more appropriate. The fretting fatigue life enhancement of thin-film TiO2 nanotubular array-coated Ti-6Al-4V is due to the ceramic nature of TiO2 which produces a hard surface as well as a lower coefficient of friction of the TiO2 nanotube surface that decreases the fretting between contacting components, namely, the sample and friction pad surfaces.

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Metadaten
Titel
Mechanical Property Enhancement of Ti-6Al-4V by Multilayer Thin Solid Film Ti/TiO2 Nanotubular Array Coating for Biomedical Application
verfasst von
Erfan Zalnezhad
Saeid Baradaran
A. R. Bushroa
Ahmed A. D. Sarhan
Publikationsdatum
01.02.2014
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 2/2014
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-013-2043-x

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