Pengaruh Oksidasi Termal terhadap Kekerasan Permukaan, Ketebalan Oxide Scale, dan Morfologi Paduan Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr

Muh Azizul; zuldesmi mansjur; Yohanis Rampo

doi:10.29407/jmn.v8i2.26045

Authors

Muh Azizul Universitas Negeri Manado
zuldesmi mansjur Universitas Negeri Manado
Yohanis Rampo Universitas Negeri Manado

DOI:

https://doi.org/10.29407/jmn.v8i2.26045

Keywords:

Biomaterial, Implant material, Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr, Termal Oksidasi

Abstract

Paduan Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (TNTZ), dengan modulus elastisitas rendah dan biokompatibilitas yang baik, dapat digunakan sebagai implan. Namun, untuk membuatnya lebih tahan terhadap gesekan dan kerusakan, sifat permukaannya harus ditingkatkan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melihat bagaimana oksidasi termal mempengaruhi kekerasan permukaan, ketebalan skala oksida, dan morfologi permukaan TNTZ pada suhu 600°C, 700°C, dan 800°C dengan waktu tahan 2, 6, 24, dan 48 jam. Grinding, polishing, dan pembersihan ultrasonik dilakukan sebelum spesimen dipanaskan dalam tungku dengan suhu 5 °C/menit. Kekerasan diuji menggunakan metode Vickers, ketebalan skala oksida diukur dengan Gauge Ketebalan GM 280, dan morfologi diamati melalui pengamatan visual dan Scanning Electron Microscope (SEM). Hasil menunjukkan bahwa kekerasan lapisan permukaan secara konsisten ditingkatkan oleh oksidasi termal; selama 48 jam, nilai tertinggi mencapai 502 HV pada 800°C. Dengan pengamatan SEM, lapisan oksida semakin tebal, kasar, dan berpori pada temperatur tinggi. Namun, nilai yang diperoleh menunjukkan ketebalan skala oksida keseluruhan, bukan lapisan TiO2 kompak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa meskipun oksidasi termal dapat meningkatkan kualitas permukaan TNTZ, kondisi ekstrim dapat menghasilkan partikel oksida berlebih dan menurunkan stabilitas mekanik logam dasar. Oleh karena itu, temperatur yang ideal disarankan antara 600 dan 700°C.

Downloads

Download data is not yet available.

Abstract views: 0 , PDF downloads: 0

References

[1] Y. Li, C. Yang, H. Zhao, S. Qu, X. Li, and Y. Li, “New Developments of Ti-Based Alloys for Biomedical Applications,” mater, vol. 7, pp. 1709–1800, 2014, doi: 10.3390/ma7031709.

[2] H. Yilmazer, “Physical Vapor Deposited TiN and TiAlN on Biomedical β -Type Ti-29Nb-13Ta-4 . 6Zr : Microstructural Characteristics , Surface Hardness Enhancement , and Antibacterial Activity,” coatings, vol. 15, pp. 1–22, 2025.

[3] S. Anderson, J. Affi, Y. Yetri, M. Niinomi, T. Akahori, and Gunawarman, “Improving the Corrosion Resistance of TNTZ in Hanks ’ Solution after Thermomechanical Treatment,” J. Hunan Univ., vol. 49, no. 11, 2022.

[4] Y. Tsutsumi et al., “Electrochemical Surface Treatment of a β -titanium Alloy to Realize an Antibacterial Property and Bioactivity,” Metals (Basel)., vol. 6, 2016, doi: 10.3390/met6040076.

[5] Zuldesmi et al., “The Influence of Thermal Oxidation on Hardness and Microstructure of Beta-Type Titanium Alloy Ti-29Nb-13Ta-4 . 6Zr ( TNTZ ),” J. Adv. Res. Fluid Mech. Therm. Sci., vol. 96, no. 1, pp. 127–136, 2022.

[6] F. S. Ahmed, M. A. El Zomor, M. S. A. Ghazala, and R. N. Elshaer, “Effect of oxide layers formed by thermal oxidation on mechanical properties and NaCl ‑ induced hot corrosion behavior of TC21 Ti ‑ alloy,” Sci. Rep., vol. 12, pp. 1–17, 2022, doi: 10.1038/s41598-022-23724-6.

[7] E. Takematsu, K. Noguchi, K. Kuroda, T. Ikoma, M. Niinomi, and N. Matsushita, “In vivo osteoconductivity of surface modified Ti-29Nb-13Ta-4 . 6Zr alloy with low dissolution of toxic trace elements,” PLoS One, vol. 13, no. 1, pp. 1–12, 2018.

[8] S. P. Metallurgy, “The Cyclic Oxidation and Hardness Characteristics of Thermally Exposed Titanium Prepared by Inductive Sintering-Assisted Powder Metallurgy,” Crystals, vol. 10, 2020.

[9] T. N. Rohmannudin, L. Noerochim, C. R. Luthfiansyah, and R. A. Tanjung, “ANALISIS PENGARUH VARIASI HOLDING TIME ANNEALING TERHADAP LAJU KOROSI TITANIUM PADA LARUTAN CAIRAN,” J. Rekayasa Mesin, vol. 14, no. 3, pp. 1067–1080, 2023, doi: 10.21776/jrm.v14i3.1654.

[10] F. S. Ahmed, M. A. El Zomor, M. S. A. Ghazala, and R. N. Elshaer, “Impact of thermal oxidation parameters on micro ‑ hardness and hot corrosion of Ti‑6Al‑3Mo‑2Nb‑2Sn‑2Zr‑1.5Cr alloy,” Sci. Rep., vol. 13, pp. 1–19, 2023, doi: 10.1038/s41598-023-38216-4.

[11] K. Aniołek, “The influence of thermal oxidation parameters on the growth of oxide layers on titanium,” Vacuum, vol. 144, pp. 94–100, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.07.023.

[12] Y. Ren, J. Xu, Y. Wei, Y. Liu, J. Zhu, and S. Liu, “Effect of Interstitial Oxygen on the Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Alloys : A Review,” Crystals, vol. 15, 2025.

[13] S. A. Heredia, B. A. Wols, D. R. Yntema, and R. G. H. Lammertink, “Advanced ceramics in radical filtration : TiO 2 layer thickness effect on the photocatalytic membrane performance,” J. Memb. Sci., vol. 672, no. January, p. 121423, 2023, doi: 10.1016/j.memsci.2023.121423.

[14] Y. Watanabe, N. Mitsuishi, M. Yamada, H. Sato, S. Takashima, and E. Miura-Fujiwara, “Formation of Graded TiO 2 Layer on Ti Wire by Direct Alternating Current Discharge Plasma at Atmospheric Pressure,” Metals (Basel)., vol. 14, pp. 1–15, 2024.

[15] F. Aslan, H. Esen, and F. Yakuphanoglu, “Investigation of Optical Properties of TiO2 Nano Powder,” Nat. Eng. Sci., vol. 5, no. 2, pp. 68–72, 2020.

[16] R. Zhou, T. Huang, Y. Lu, and M. Hong, “applied sciences Tunable Coloring via Post-Thermal Annealing of Laser-Processed Metal Surface,” Appl. Sci., vol. 8, 2018, doi: 10.3390/app8101716.