2.5. Implantáció fémekbe Az ionimplantáció a fémek terén is a tulajdonságok jelentős megváltoztatását okozza és ezzel azoknak az alkalmazás által megkívánt értékre való beállítását is lehetővé teszi - legalábbis bizonyos korlátok között. A geometriai méretek és a besugárzott felületek fajlagos gazdasági értéke miatt azonban korlátozottabb azon alkalmazások köre, ahol az ionimplantáció gazdaságos. Elsősorban az űrkutatás, a katonai és az egészségügyi alkalmazások olyanok, ahol a nyújtott előnyök kiegyensúlyozzák a költségeket. Természetesen, ekkor is meg kell oldani a tárgyak olyan mozgatását, amely biztosítja a (közel) merőleges beesést és az egyenletes dózist. Mindennek jelentős költségvonzata van. Egyes alkalmazásoknál viszont - ha az ionforrás anyagait jól választják és a nyaláb elegendően tiszta - a tömegszeparálás mellőzhető. Az igények is más jellegűek, mint a félvezető áramköröknél. Előszöris, a beállított tulajdonságokra általában nagyobb, összefüggő felületeken van szükség és nem kis struktúrákon. Továbbá, e megkívánt tulajdonságok rendszerint az anyag kémiai összetételével kapcsolatosak, tehát az alkalmazott dózisok jelentősen nagyobbak, mint félvezetők esetén. A felületi rétegben néhány atom % nagyságrendjébe esik az adalékanyag igényelt koncentrációja. Anyagtudományi különbség is van. Ez a kovalens félvezetőkkel szemben az, hogy a fémekben a rácshibák mozgékonysága eltérő. A fejezetben foglalkozunk azzal a kérdéssel is, amikor a besugárzásnak a szerkezeti anyagokra gyakorolt káros hatásait kell tudomásul vennünk. 2.5.1. Rácshibák fémekben Nyilvánvaló, hogy az energialeadás mechanizmusára a kémiai kötéstipusnak nincs hatása: itt csak a tömegek és az ionizációs állapotok számítanak, azaz a Kinchin-Pease model érvényes a kimozdított atomok számának becslésére. Ha a kaszkád kialakulása hasonló is, a teljes lefutása azonban - ahol már a kötési erőknek is szerepe van - rendkívül eltérő. Molekuladinamikai számítások mutatják, hogy a fémekre is igaz az, hogy a kaszkádban egy vakanciákban dús központi magot egy 417 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
rácsközi atomokban gazdag tartomány vesz körül. Az ionok becsapódásakor létrejövő jelenségek kvalitatív képének kialakításához három hőmérsékleti tartományt tárgyalunk (Wiedersich [1985]). Alacsony hőmérsékleteken a rácshibák (V, I és kis hiba-fürtok) nem mozgékonyak, a keletkező rácshibák száma monoton nő a dózissal. Ahogy a kaszkádok átlapolódnak, az ellentétes rácshibák rekombinációs valószínűsége nő és eszerint meg is semmisülnek. A fémek egyszerű kristályrácsa is hozzájárul ahhoz, hogy a rácshibák száma nem akkumulálódik és nem vezet a rács összeomlásához, mint kovalens kristályokban. Az kváziegyensúly úgy áll be, hogy az új hibák a már meglévő rácshibák néhány nm-es rekombinációs környezetében keletkeznek. Így a kialakuló rácshiba-sűrűség sohasem haladja meg a 10-3 at.%-ot. Némileg magasabb hőmérsékleteken a rácsközi atomok és a kis hiba-fürtök mozgékonysága nagyobb, mint a vakanciáké, így azok a stabil hibák közelébe diffundálnak, ahol vagy rekombinálódnak, vagy aggregátumokként kötődnek meg. Kimutatható azonban, hogy a mozgékony hibák jelenléte ellenére sem tér el lényegesen az kváziegyensúlyi hibakoncentráció az alacsony hőmérsékleten észlelttől. Növekvő hőmérséklettel a kevésbé mozgékony hiba-fajta kváziegyensúlyi koncentrációja csökken, de a termikus ugrás frekvenciája (pre-exponenciális) megnő. Emiatt az egyes hibák rekombinációs tartományában a hiba megsemmisülhet mielőtt ugyanott új hiba keletkeznék. A mozgékony hibák rekombinációja révén is keletkezhetnek stabil hiba-fürtök, de az egyébként lassú hiba-nyelők, mint a felszín, a szemcsehatárok, diszlokációk is segítenek a rekombinációban. A hibáknak az anyag belsejéhez képest felépülő koncentráció-gradiense megindítja az anyag belsejéből az ottani egyensúlyi hibák kiáramlását. Ezen mozgások hatására végül fémekben is kialakulhatnak ionbesugárzáskor újtipusú szerkezetek, úm. sugárzási, vagy sugárzás által gerjesztett fázisátlalakulások, diszlokációk, ill. üregnövekedések. Sugárzás-gerjesztette diffúzió (RED) fémekben. A diffúzió fémekben túlnyomóan a vakancia-mechanizmussal zajlik. A 2.2.3.4-5 és 2.2.5-ben mondottak alapján könnyen belátható, hogy a diffúziós együttható RED esetében 418 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
D vak =
1 1 < R 2 > η = < R 2 > z vak Pvak ν vak , 6 6
2.5.1
ahol 〈 R 2 〉 az egyedi ugrások hosszának négyzetes átlaga, és az η= z vak Pvak νvak az üres szomszéd-helyre való ugrás valószínűsége, z vak Pvak , és νvak a kicserélődés frekvenciájának szorzatával; zvak a közvetlen szomszéd helyek száma és Pvak annak a valószínűsége, hogy a szomszéd helyen vakancia található. A Pvak valószínűség jó közelítéssel (az ötvözők és a vakanciák közötti kötési energiákat a tömbivel azonosnak véve) megegyezik a vakanciák atomi koncentráció-arányával, V-vel. Noha a rácsközi atomok I relatív koncentrációja sokkalta kisebb, a diffúzió pontos értéke D sug = D vak
b2 + D i = z vak (Vν vak + Iν i ) , 6
2.5.2.
ahol b a legközelebbi szomszédok távolsága. Tényleges elméleti/kísérleti adatokkal 2.5.2. olyan Dsug értéket ad fémekre is, amely a dinamikus keveredéshez és a termikus folyamatokhoz tartozó diffúziós együtthatók közé esik. Sugárzás gerjesztette kiválás.
Ez a folyamat, amely szintén a rácshibák nagy távolságokra való vándorlása révén keletkezik, bizonyos értelemben a RED ellentett folyamata: míg a RED közelít a termikus egyensúlyhoz, a rácshibákkal kölcsönható ötvözők szegregációja távolíthat attól. A folyamat leginkább közepes hőmérsékleteken jelentkezik: alacsony hőmérsékleteken a sok rácshiba elnyomja a nagyobb távolságú migrációt, magas hőmérsékleteken pedig a gyors diffúzió megakadályozza az ötvöző atomok felhalmozódását. Sok anyagban az ötvözők a hiba-nyelők környezetében gyülemlenek fel akár a szilárd oldékonyságot meghaladó mértékben is, így jön létre kiválás a felületeken, szemcsehatárokon és diszlokációknál. A jelenség érdekessége (Ni3Si-nál mutatta ki Rehn et al. [1984]), hogy azonos energialeadás mellett hatékonyabbak a könnyebb ionok, mint a nehezebbek. Ennek az az oka, hogy a sűrű kaszkádokban a hibák 419 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
koncentráltan vannak jelen és nem tudnak onnan kiszabadulni, hogy segítsék az ötvözőket nagyobb távolságokról összegyűlni.
Metastabil fázisképződés.
A 2.2.5. fejezetben részletesen tárgyaltuk a multirétegek keveredését, most - fémekre konkretizálva - összefoglaljuk azokat az a feltételeket, amelyek az ionok keltette metastabil, amorf fázisok létrejöttéhez szükségesek (Follstaedt [1984], Hung et al. [1983]): *
ha a két/több anyag kristályszerkezete eltér,
*
ha az ötvözők vegyülési képződéshője negatív,
*
az egyszerű összetételű fázisok "élik túl" a sugárkárosodást,
*
ha a fázisdiagramban az oldékonysági tartomány keskeny.
2.5.2. Sugárzási károsodás fémekben
Amint az igen gyakori, a rokon, de párhuzamosan fejlődő tudományágakban az azonos fogalmak némileg eltérően ágyazódnak be. Pédául a reaktorokban alkalmazott szerkezeti anyagok sugárkárosodásának kutatói - noha az ottani hatások nagyon hasonlóak, hiszen az energikus neutronok szintén főleg Frenkel-párokat keltenek - a hibakeltésre fordítódó energiát ("direct transfer", T) a fékeződés formulájában külön tagként szerepeltetik:
dE dE dE dE = + + . dx dx e dx n dx D
2.5.3.
A sugárzási károsodásnál - érthetően - a primér defektek és azok direkt hatása talán a legfontosabb, de mivel éppen a reaktorok szerkezeti elemei akár 500°C-ra is felmelegedhetnek, a másodlagos hibáknak aszerkezeti tulajdonságokat módosító szerepe is fontos lehet. Talán a fúziós reaktorokban fellépő ≤ 14 MeV-es neutronok, vagy a spallációs reaktorokban keletkező GeV-es neutronok és protonok és az általuk okozott magreakciók termékei játsszák a fő szerepet. A termikus neutronok ugyan közvetlenül nem, de a különféle anyagoknál fellépő 420 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
(n,γ) reakciókon keresztül lehetnek ED-nél nagyobb visszalökések okozói. Minthogy gyakoriak az (n,α) és (p,α) reakciók is, a keletkező hélium okoz gondokat azáltal, hogy magasabb hőmérsékleten buborékokként válik ki, amely az ún. magashőmérsékletű ridegedést okozza. Tanulságos összehasonlítani a különféle károsító hatásoknál a T teljes átadott energiának a visszalökésre fordítódó W(T) hányadát. A gyakorlatban előforduló különféle sugárzásokra ez rendkívül eltérő. A
2.60 . ábra. A nukleáris folyamatokban átadott teljes T energiának visszalökött ionokat eredményező W hányada a T függvényében nikkelben, különféle sugárzások esetében, Ullmaier[1997] nyomán.
421 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
2.60 ábra mutatja ezt 5 MeV-es elektronokra, protonokra és nikkel ionokra, valamint a fúziós reaktorokban keletkező ≤ 14 MeV neutronokra. A kilökött atomoknak a besugárzott anyag atomi sűrűségéhez viszonyított számát szokás e tárgykörben dpa-nak ("displacement per atom") nevezni. Ez
dpa = σ D Φ ,
2.5.4.
ahol σD a visszalökés hatáskeresztmeteszete; praktikus ilyenkor a Φ-t a fluxus és a besugárzási idő szorzataként tekinteni. Fémeknél az ED küszöbenergia 25 eV-től (alumínium) akár 90 eV-ig (volfrám) terjed. A következő fejezetben fogunk az implantációval mint tudatos keményítéssel foglalkozni, az itt elmondandók azonban vonatkoznak majd erre az esetre is. Az alacsony hőmérsékletű (≤ 0,35 Tm) "felkeményedést" lck fémekben, pl. ausztenites acélokban, a kisebb dózisoknál diszlokáció hurkok, míg nagy dózisok esetén a diszlokáció hálózatok okozzák, amelyek egyaránt akadályozzzák a diszlokációk mozgását. Szórt eloszlásban tételezve fel ezen diffúziós gátakat, a jelenségek jól értelmezhetők (Lucas [1993]). Ferrit- vagy martenzitacéloknál a kérdés bonyolultabb, mert a szokásos szennyezések, ill. adalékok (C, N, O, P, Cu,...) - noha a koncentrációjuk kicsiny - a sugárzás hatására nagyon erősen hathatnak a mechanikai tulajdonságokra. A másik ok az eredő feszültségnek a csökkenő hőmérséklettel való erős növekedése, amely a csavardiszlokációknak a tck-szerkezetben való kis mozgékonyságából ered és amely gyakran akadályozza akár az ötvözéses, akár a sugárzásos felkeményedést. Ez a felkeményedés az oka a rugalmas-rideg átmenetnek, amely töréshez vezet, ha egy kritikus hőmérséklet alatt az eredő feszültség túllépi a törési feszültséget. Ez a kritikus hőmérséklet mind az alacsony ötvözöttségű ferrit-acél atomreaktor tartályokra, mind a fúziós alkalmazások nagy Crtartalmú martenzites acél szerkezeteire 0°C táján van! A besugárzás növeli az eredő feszültséget, de nem befolyásolja a törési feszültséget, ezzel a kritikus hőmérséklet növekedését okozza. A kritikus hőmérséklet még inkább növekszik alacsonyabb besugárzási hőmérsékleten és mintegy 10 dpa-nál (azaz, ha minden atom tízszer kimozdult) annak telítődése figyelhető meg, amely azonban lehet akár az üzemi, de még könnyebben a leállási hőmérséklet. Korai reaktortartályoknál rézben és foszforban dús kiválásokat találtak. Ezért a mai tartályok anyagánál a Cu koncentráció felső határa 0,1%, a P-koncentrációé pedig mindössze 422 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
0,01%. A rugalmas-rideg átmenet hőmérsékletének megemelkedése a fúziós reaktorok Mo- és Mo-ötvözetből készülő limitereinél kritikus. Hasonló gondok léphetnek fel Ta- és W-ötvözeteknél, amelyek a spallációs neutronforrások egyébként kiváló anyagai. A sugárzási károsodás jelentős (akár tízszázalékos!) térfogati növekedést is okoz az üregesedés ("void") következtében. A jelenség 0,3Tm < T< 0,6Tm között lép fel és - ≈10-6dpa/s áramsűrűség mellett, amely tipikus mind a hasadásos, mind a fúziós reaktorokra - 0,45Tm táján mutat maximumot, amely érték csökkenő részecskeárammal csökken. Egy dózis-küszöb elérése és egy átmeneti szakasz után a relatív térfogatváltozás a legtöbb használt anyagra lineárisan nő a dózissal (1% dpa-nként). Míg a lineáris tartományban az anyagi tulajdonságoknak, ötvözőknek alig van hatása, az átmeneti szakasz jellegét ezek határozzák meg. Ezt kihasználva hoztak létre tágulásnak ellenálló ötvözeteket: pl. <1% Ti hozzáadása a 316-os ausztenites acélhoz a térfogati tágulás felléptének dózishatárát 25 dpa-ról 100 dpa-ra lehet eltolni. A következő károsodás-típus a sugárzási kúszás ("irradiation creep"). Ez, a feszültséges anyagokban a sugárzás hatására fellépő plasztikus deformáció már 0,2Tm-nél is felléphet - egy átmeneti állapotot követően. A jelenség egy konstans sebességű kúszás, amelynek nagyságrendje 10-10 - 10-11 s-1dpa-1Pa-1. Ez - szemben a termikus kúszással - alig függ a hőmérsékletttől. A térfogati növekedés kritikus hőmérdéklete alatti kúszást a rácsközi atomok preferált abszorpciójának tulajdonítják az uniaxiális feszültséghez viszonyítottan párhuzamos és merőleges orientációjú diszlokációkon. Nem-köbös szerkezetű anyagokon a sugárzás hatására akkor is felléphet térfogatváltozás, ha nincs feszültség az anyagban. Az anizotrópia hatására a vakanciák és a rácsközi atomok kondenzációja függhet a síkok orientációjától. Az ortorombos urán és a hcp cirkon és ötvözeteinél észlelték. A magreakciók révén keletkező, már említett héliumnak 0,45Tm feletti buborékosodása hirtelen és súlyos ridegedéshez vezet - ez a veszély a gyors szaporító, magas hőmérsékleten működő, valamint a fúziós reaktoroknál áll fenn. Az üregek különösen a szemcsehatárokon veszélyesek. A legérzékenyebbek erre a Ni-alapú szuperötvözetek, míg a Fe-Cr ferrites/martenzites acélok 700°C-ig stabilak akár 1000 at.ppm He 423 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
szennyeződésre. Ausztenites acélok, ha sikerül bennük finom diszperz karbidkiválásokat létrehozni, szintén ellenállók.
424 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
2.5.3. Tribológiai alkalmazások
A különféle anyagok kopása a GDP 1-4%-át felemésztő probléma (Goode [1989]). A tömbi anyag edzése mellett, esetenként helyette alkalmazzák a felületek keményítését, amely sok esetben egyúttal a kopási tulajdonságok javítását is jelenti. A kopás sok okra vezethető vissza. Okozhatja az összehegedő vagy összekapcsolódott felületi kiemelkedéseknél fellépő nyíró erő, a kiemelkedések fáradása, abrazív erők, felületi vagy felület alatti repedés-terjedés (ami hámláshoz vezethet), környezet korrozív hatására fellépő kopás. A kopás mértéke az egységnyi úton lekoptatott anyag térfogata, ami így terület-dimenziójú. Szokás a kopást dimenziónélküli Ki faktorokkal is definiálni, amely a kopás mértékének a tényleges érintkezési felülethez való viszonyítása (Archard [1980]). Az adhéziós kopásra ez: K1 =
V H ⋅ , L W
2.5.3
ahol V az L úton lekoptatott anyag térfogata, H az anyag keménysége, W a terhelés és a levezetés során figyelembe vette Archard, hogy egyetlen kiemelkedés környezete plasztikus deformációt szenved, amikoris az érintkezési felület, δA és a kiemelkedésre ható δW terhelés között δA=δW/H áll fenn. E folyamatok integráljaként adódik 2.5.3. Mindez bonyolódik, ha egy kemény részecske beágyazódik a két anyag közé vagy a kenőanyagban marad - amikoris abrazív kopásról beszélünk. A kopási állandó erre az esetre K2 =
V H 2 (ctgθ 0 ) á tl. p = ⋅ , L V π
2.5.4
2 (ctgθ 0 ) á tl. egy geometriai tényező (nagyságrendje 10-1), amely az π abrazív részecskék átlagos alakját és orientációját tartalmazza. Tipikusan csak a lekopott anyag p (≈10-1) része jelentkezik a kenőanyagban, (1-p)ed része csak "szántja" a felületet anyagleválás nélkül. Emiatt K2 ≈10-2 nagyságrendű.
ahol
425 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
A felület rugalmassági határát jelentő feszültségekhez kapcsolódó fáradási folyamatokhoz a K3 együttható tartozik. A keletkező repedések, amelyeknek a mérete a mikroszkópos kiemelkedések nagyságrendjébe esik, futhatnak akár merőlegesen, akár párhuzamosan a felülettel és anyagleváláshoz vezetnek. A korróziós kopás egy további együttható bevezetését jelenti. Archard leírásában a K 4 = q 0 d / δr ,
2.5.5
ahol δr a kiemelkedések érintkezéseinek átlagos sugara, q0 annak a valószínűsége, hogy egy leváló részecske keletkezik, amelyik egy d vastag réteg megnövekedésének sebességétől függ.
A kopási folyamatban érintett anyag három rétegből áll (Vingsbo és Hogmark [1989]). Acél esetében a legkülső réteg rendkívül finom szemcsézettségű, amely gyakorta ún. dinamikus átkristályosodással áll elő. Szénacélokban a súrlódási hő elég is lehet az ausztenites anyag ilyetén szerkezeti változásaihoz. Ha a réteg hűléskor martenzitesedik, súrlódásos martenzitnek is nevezik. Szénacélokban a második zóna egy részben martenzitesedett texturált szerkezetet mutat, míg a harmadik zóna leginkább a kovácsolással keményített anyaghoz hasonlít. Itt az eredeti szemcseszerkezet megmarad, de a diszlokációk száma nagyobb és megkezdődik a texturált szerkezet képződése. A negyedik zóna az eredeti anyag. A kopás csökkentésére sok eljárás ismeretes. A bevonatoló keményrétegek egyidejűleg növelik a keménységet, csökkentik a tapadást, a surlódást és gátolhatják a korróziós kopást is. Vékony bevonatok esetén az alapnak mechanikailag kellően teherbírónak kell lennie, a bevonatnak viszont kellően rugalmasnak, hogy együtt mozogjanak (TiN, TiC, Ti(C,N), Cr7C3, gyémánt stb.). Ionimplantáció esetén a belőtt nitrogén, bór vagy szén jelenléte megnöveli szinte valamennyi acél, alumínium és titánötvözet ellenállóképességét, legtöbbször az Rp-nél akár nagyságrenddel nagyobb lekoptatott rétegvastagságokig. A kedvező hatást előidéző főbb mechanizmusok acélok esetén a következők: * Oldódási keményítés. Már közepes dózisnál erős kölcsönhatás lép fel a nitrogén és a vakanciák között, dipólok képződnek, ami megakadályozza a diszlokációk vándorlását, azaz növeli a belső súrlódást. Φ>1017 cm-2 esetén ezek fürtösödnek és tovább nő a belső 426 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből
súrlódás. A legnagyobb dózisoknál a belső súrlódás ugyan nő, de a nagy fürtök miatt a diszlokációk mozgékonysága mégis csökken. * Kiválásos keményítés. Ha a titán vagy a króm ötvözőként van jelen az anyagban, a nitridképződés is kedvező hatást okoz. * Kopás közbeni fázisátalakulások. Az implantáció lecsökkenti, lelassítja a kopás közben létrejövő ausztenit-martenzites átalakulásokat. * Súrlódási együttható csökkenése. Az implantációt kísérő porlódás következtében símábbá váló felületen kisebb a hőfejlődés, emiatt az adhézió és a kopás is. A következőkben néhány példát mutatunk be az egyes acélfajtákon létrehozott változásokra (Kluge et al. [1989]). Magas krómtartalmú acéloknál a nitrogén implantáció akár 1/8-ad részére csökkentheti a (kenés nélküli) kopást. A martenzites X90CrMoV18 acélnál a bór bizonyult hatásosnak: két nagyságrenddel csökkentette a kopást. A szén viszont az alacsony krómtartalmú szerszámacéloknál (100Cr6) hatásos (1/10-edére csökkenti a kopást), amelyeknél a nitrogén hatástalan. Az ütközéses implantáció is felhasználható a kopásállóság növelésére. Mintegy 50 nm-es Al réteget mintegy 90 keV-es nitrogén ionokkal átlőve, egy közepes széntartalmú acélon a kopás tizedrészére csökkent. Külön kell szólnunk az orvosi alkalmazásokról. Mesterséges protézisek (implantok) több stratégiával készíthetők. Lehet "testazonos" vagy immunreakciók szempontjából "neutrális" anyagokkal próbálkozni. A testazonos anyagok (pl. csontprotéziseknél a hidroxiapatit) kiválóak, de esetleg felszívódnak mivel éppen az azonosságuk miatt bekapcsolódnak az anyagcserébe. A neutrális anyagok közül a titán a legalkalmasabb. Ez néhány százalék vanádiummal és krómmal ötvözve mechanikai szempontból is megfelelően ellenálló anyag, amelyet a szervezet akár két évtizeden át észrevétlenül megtűr (V- vagy Cr-allergia esetén - a némi kompromisszummal a teherbírás terén - elemi Ti is használható). Az ízületi fej kopási tulajdonságai tehát rendkívül kritikusak. Az USA-ban jelenleg egyedül a nitrogén ionokkal való implantáció az engedélyezett felületkezelés a megfelelő kopásállóság elérésére. Emiatt ez az alkalmazás az, amely nagy termelési értéket képvisel. 427 Részlet Giber János, Vargáné Josepovits Katalin, Gyulai József, Biró László Péter: Diffúzió és implantáció szilárdtestekben (Egyetemi tankönyv, Műegytemi Kiadó, 1997) könyvből