Pengaruh modifikasi permukaan stainless steel 316 L terhadap keausan Die Drawn UHMWPE

WIDAYAT, Widi, Ir. Rini Dharmastiti, M.Sc.,Ph.D

2005 | Tesis | S2 Teknik Mesin

Austenistic stainless steel dan UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) merupakan salah satu pasangan material yang banyak digunakan pada komponen sendi lutut buatan. Keausan menjadi perhatian utama dalam berbagai penelitian karena partikel keausan yang ditimbulkan dapat memberikan dampak negatif terhadap kesehatan pemakainya. Die drawn UHMWPE merupakan modifikasi UHMWPE yang telah terbukti dapat menurunkan laju keausannya. Pendekatan lain adalah dengan memodifikasi permukaan substrat SS untuk meningkatkan ketahanan ausnya.Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh modifikasi permukaan (TiN sputtering, plasma nitriding, dan implantasi ion N) pada substrat stainless steel 316 L (SS) terhadap faktor keausan die drawn UHMWPE. Pasangan gesek die drawn UHMWPE dengan SS asli maupun dengan SS yang dimodifikasi diuji keausan menggunakan alat uji gesek jenis unidirectional pin on plate dengan pelumas 25% serum dan 75% air destilasi. Pengaruh modifikasi permukaan terhadap keausan UHMWPE dianalisa dengan melihat perubahan kekerasan, kekasaran dan profil permukaan SS, serta keausan pada permukaan SS dan UHMWPE Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi permukaan merubah karakteristik permukaan SS dengan meningkatkan kekerasan permukaan, meningkatkan kekasaran permukaan kecuali pada SS yang diimplantasi ion N, dan membentuk profil khas.Terjadi peningkatan ketahanan aus pada logam yang dimodifikasi. Modifikasi permukaan telah menurunkan faktor keausan UHMWPE yang berpasangan dengannya dengan nilai: 2,52.10-8 ± 5,53.10-9; 3,58.10-8 ± 7,19.10-9; 4,37.10-8 ± 5,86.10-9 mm3/Nm untuk ion implanted SS, plasma nitrided SS,dan TiN sputtered SS lebih rendah daripada UHMWPE yang berpasangan dengan SS asli (dan 5,30-8 ± 2,75.10-9 mm3/Nm). Goresan yang masih tetap muncul pada semua pemukaan SS yang dimodifikasi menunjukkan bahwa meskipun modifikasi tersebut telah meningkatkan ketahanan ausnya, namun masih dapat tergores oleh partikel abrasiv yang mucul

Austenistic stainless steel and UHMWPE is one of most commonly used metal-plastic combination materials for knee replacement. As a tribo component, both of them are subjected to friction and wear. Wear is a major factor since its debris potential to stimulate reaction with the tissue. Attempts are conducted to reduce friction and wear such as die drawn UHMWPE that successfully reduces its wear rate. As applied in many components subjected to friction, surface modification is another consideration to reduce the wear rate of the implanted components. The aim of this research is to study the effect of surface modification of the 316 L stainless steel substrate (SS) by TiN sputtering, plasma nitriding, and N+ implantation to the wear of the die drawn UHMWPE. The specimens are tested in a unidirectional pin on plate wear test rig and using 25% serum and 75% distillated water as lubricant. The effect of surface modification is analyzed based on the change of surface properties: hardness, roughness, profile and also on the wear surface of the specimens The result shows that surface modification increase the hardness, increase surface roughness of all of modified SS but ion implanted SS and also leave a certain profile. It also increases the wear resistance and reduce the wear factor of their counterface. The wear factor are 2,52.10-8 ± 5,53.10-9; 3,58.10-8 ± 7,19.10-9; 4,37.10-8 ± 5,86.10-9 mm3/Nm for die drawn UHMWPE coupled with ion implanted SS, plasma nitrided SS,and TiN sputtered SS respectively lower than counterface of virgin SS with 5,30-8 ± 2,75.10-9 mm3/Nm. The scratches on all of the SS specimen’s surfaces show that the surface modifications are not strong enough to protect the metal surfaces from abrasive particles.

Kata Kunci : Teknik Mesin,Die Draw UHMWPE,Keausan,TiN Sputtering,die drawn UHMWPE, stainless steel 316 L, plasma nitriding, TiN sputtering, N+implantation, wear factor