Comparative study of the wear resistance of Al₂O₃-coated MA956 superalloy

Abstract

Preoxidation of the MA956 superalloy, proposed as a prosthetic biomaterial, generates a compact and inert a-alumina surface layer. The aim of this study is to assess the wear resistance provided by this alumina layer on the MA956 alloy in comparison with the same coated alloy and versus high density polyethylene. Comparative wear tests were carried out in both dry and wet conditions using the couples MA956/MA956, MA956/UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) and 316LVM/UHMWPE. The results corresponding to the couples MA956/MA956, with and without alumina layer, show that the load has more significant effect than the rotation speed on the weight loss and on the roughness. On the other hand the alumina surface layer provides a clear wear protection. The weight losses of the MA956 specimen in this couple are ten times lower when testing under wet conditions than under dry conditions. The MA956/UHMWPE couple behaves much better than the 316LVM/UHMWPE, as it pfesents the lowest valúes of friction coefíicient and weight losses of the MA956 specimen. These are only detectable after lOfiOO cycles under a 70 MPa contact pressure. This couple offers the best guarantee of a prolonged service Ufe for articulated parts in a prosthesis. KeywordsWean MA956. Alumina coating. UHMWPE. Estudio comparativo de la resistencia al desgaste de la superaíeación IVIA956 recubierta de AI2O3Resumen La superaíeación MA956, que se ha propuesto como biomaterial para prótesis osteoarticulares genera, mediante un adecuado tratamiento de preoxidación, una capa superficial, compacta e inerte, de alúmina alfa. El objetivo del presente trabajo es el estudio de la resistencia al desgaste de esta capa de alúmina, cuando se encuentra en contacto con la propia aleación recubierta y con polietileno de alta densidad. Se realizaron ensayos comparativos de desgaste, tanto en seco como en húmedo, con los pares MA956/MA956, MA956/UHMWPE (polietileno de muy elevado peso molecular) y 316LVM/UHMWPE. Los resultados obtenidos con el par MA956/MA956, con y sin capa de alúmina, indican que la carga es el factor de mayor importancia en cuanto a los efectos de pérdida de peso y rugosidad. Por otra parte, la presencia de la capa de alúmina proporciona una clara protección frente al desgaste. Las pérdidas de peso de la MA956 resultan ser unas diez veces menores en el ensayo en húmedo que en el ensayo en seco. El par MA956/UHMWPE presenta los menores valores del coeficiente de fricción y unas pérdidas de peso de la probeta metálica, apenas detectables al cabo de 70.0000 ciclos de carga, con una presión de contacto de 70 MPa. Este par ofrece la mejor garantía para un prolongado servicio de los elementos articulares de una prótesis.