Structure and properties of low temperature nitrided/oxidized NiTi alloy

In the present work the structure and properties of nitrided/oxidized layers deposited on the NiTi shape memory alloy are reported. The layers were formed using a glow discharge technique. The temperature range of the nitriding/ oxidizing process was 473 to 573 K. The thickness, surface roughness, interface roughness and density of the layers were determined from the X-ray reflectivity measurement. The X-ray grazing incident beam diffraction was applied for phase analysis. The DSC method, nanohardness test and transmission electron microscopy were also used. Corrosion resistance was studied in Tyrod's solution applying the potentiodynamical method. The obtained results have shown that low temperature nitriding/oxiding process produced thin layers (less than 30 nm in thickness) which consisted of titanium nitride and oxide phases. Between these layers and the NiTi ma trix the absence of the intermediate Ni3Ti phase was stated. The obtained layer protects the alloy surface against the nickel atom migration from the inner part to the top. Also, the applied low temperature deposition significantly increased the corrosion resistance. Such thin coating with proper structure is promising when improvement of the NiTi alloys biocompatibility and shape memory effect is required.

---

W pracy przedstawiono wyniki badań struktury i właściwości tleno-azotowanych warstw wierzchnich, wytworzonych metodą jarzeniową na stopie NiTi, charakteryzującym się efektem pamięci kształtu. Proces tleno-azotowania przeprowadzono w zakresie temperatury 473÷573 K. Grubość, chropowatość oraz gęstość warstw obliczono z rentgenowskich krzywych reflektometrycznych. Skład fazowy warstw badano, stosując dyfrakcję promieni rentgenowskich przy stałym kącie padania wiązki pierwotnej (SKP). Zastosowano również takie metody badawcze, jak: DSC, TEM i pomiar nanotwardości. Odporność korozyjną określano metodą potencjodynamiczną w roztworze Tyrroda. Przeprowadzone badania wykazały, że w wyniku niskotemperaturowego tleno-azotowania na powierzchni stopu tworzy się bardzo cienka warstwa wierzchnia (o grubości poniżej 30 nm), która zawiera fazy azotku i tlenku tytanu. Nie identyfikowano natomiast obecności pomiędzy tą warstwą a osnową stopu obecności warstwy pośredniej złożonej z fazy międzymetalicznej Ni3- Ti. Badania wykazały również, że wytworzone warstwy zabezpieczają przed dyfuzją niklu na powierzchnię stopu. Niskotemperaturowe osadzanie warstw podwyższa odporność korozyjną. Tak otrzymane cienkie, o odpowiedniej strukturze, pokrycia dają szanse na poprawę biokompatybilności stopu NiTi w przypadku zastosowań, gdy wymagany jest efekt pamięci kształtu.