Biomateriały i tribologia w Instytucie Obróbki Plastycznej

Badania w zakresie biomateriałów i tribologii są jednym z najnowszych kierunków badawczych Instytutu. Od kilku lat w ramach kolejnych prac statutowych zespół Instytutu podjął się budowy stanowiska do badań elementów ciernych endoprotez stawu biodrowego i kolanowego. Prace te kontynuowane są w ramach zadania II.3.2 Projektu Zamawianego PBZ-KBN-114/T08/2004 p.t.: Optymalizacja właściwości tribologicznych i nanostrukturalnych warstw wierzchnich wykonanych z nanofazowych materiałów proszkowych dla części konstrukcyjnych pracujących w trudnych warunkach eksploatacyjnych, w tym części przeznaczonych na implanty. Zadanie Instytutu w ww. projekcie podzielone jest na dwa zasadnicze kierunki, z których pierwszy dotyczy badań właściwości mechanicznych i tribologicznych wybranych części konstrukcyjnych impregnowanych nano- i mikrocząstkami smarów stałych. Drugi nurt badań ukierunkowany jest na opracowanie nowego biomateriału o dobrych własnościach tribologicznych, celem zastąpienia dotychczas stosowanych w praktyce medycznej elementów ślizgowych (np. panewki endoprotez) wykonywanych z polietylenu o ultra wysokiej masie cząsteczkowej i małej odporności na zużycie. Badania tribologiczne smarów stałych przeznaczonych do impregnacji części konstrukcyjnych przeprowadzane są na testerze T-05 w układzie pierścień-klocek w stylu skoncentrowanym. Części konstrukcyjne testowane są natomiast na zmodernizowanym przez zespół Instytutu testerze MBT-01 w układzie tuleja-wałek. Zespół badawczy Instytutu zbudował również tester wysokotemperaturowy TT-10, który pozwala na badania tribologiczne w temperaturach do 600oC. Badania tarciowo-zużyciowe biomateriałów przeznaczonych na panewki prowadzone są natomiast w fazie wstępnej na testerze T-05 w styku rozłożonym. Następnie z wybranych materiałów wytwarzane są panewki, które testowane są na symulatorze biotribologicznym SBT-01 w układzie głowa-panewka. Opisane prace badawcze prowadzone są w utworzonym pod koniec 2006 roku Laboratorium Inżynierii Powierzchni i Tribologii Instytutu.

Research in range of biomaterials and tribology is one of the most recent research priorities of Metal Forming Institute. For a few years, within a couple of statutory works, INOP’s team has started the construction of a stand for testing friction elements of hip and knee endoprosthesis. These works have been continued within Task II.3.2 of the research project PBZ-KBN-114/T08/2004 entitled: Optimization of tribological and nanostructural properties of upper layers made of nanophase powder materials for construction parts working in difficult operating conditions, including parts designed for implants. Institute’s task in the above mentioned project is divided into two directions, the former of which concerns mechanical properties and tribological tests of selected construction parts impregnated with solid lubricants nano- and microparticles. The latter is aimed at elaboration of a novel biomaterial with good tribological properties in order to substitute polyethylene sliding elements (e.g. endoprosthesis cup) with ultra high molecule mass and low wear resistance currently used in medical practice. Tribological tests of solid lubricants designed for impregnating construction parts are performed on a T-05 tester in ring-on-block mode. Construction parts are tested on a modernized by INOP’s team MBT-01 tester in sleeve-shaft mode. The team have also constructed high temperature TT-10 tester which allows to perform tribological tests in temperature up to 600oC. Friction-wear tests of biomaterials designed for cups are carried out in the initial phase on T-05 tester in surface contact. Afterwards, cups are made from selected materials, which are tested on a biotribological SBT-01 simulator in head-cup mode. Described research works are carried out in the Institute’s Laboratory of Surface Engineering and Tribology established at the end of 2006.