Formation of Fine Holes by Sputter Etching of Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn Alloy and Commercially Pure Titanium

Abstract

Argon ion sputter etching was applied to a Ti 15V 3Cr 3Al 3Sn alloy 15 3 alloy specimen placed on a SUS304 stainless steel cathode disk and commercially pure titanium pure Ti specimens placed on a vanadium V , tantalum Ta , niobium Nb , molybdenum Mo , tungsten W disk, respectively. The sputter etching of the 15 3 alloy on the SUS304 disk and pure Ti specimen on the V or Ta disks formed ne dense holes with diameters smaller than 500 nm at a sputter power of 250 W for 0.9 3.6 ks. On the other hand, the sputter etching of the pure Ti specimen on the Nb, Mo, or W disks formed ne column or ridge shaped protrusions with sizes smaller than 1 µm. Because EDX analyses showed a certain amount of V, Ta, Nb, Mo, or W on the pure Ti specimens, we consider that the formation of ne holes or protrusions were due to particles from each cathode disk dissolving into the Ti matrix to form two ne regions with different composition and sputter rate; i.e., the holes were formed by preferential sputtering of Ti atoms in the regions with small V or Ta composition. For the 15 3 alloy, the formation of ne holes seemed to be caused by the preferential sputtering of Ti atoms in the regions with smaller V.

Formation of Fine Holes and Protrusions on Ti-6Al-4V Alloy by Argon-Ion Sputter-Etching

“…． 著者らも，これまでに，低合金鋼 7) ，ステンレス鋼 [7][8][9][10][11][12][13][14] ，工 具鋼 7,10,15) ，銅合金 16,17) などのスパッタエッチングを行い，直 径が 200 nm-50 µm の円錐状，円柱状あるいはリッジ状の突 起物が高密度で形成されることを明らかにし，突起物のもつ 光吸収特性 9,11,12) ，電子放出特性 17) ，超撥水・超親水性 10,12) ， アンカー効果 8) ，グリップ・穴あけ特性 13,14) などの機能につ いて調べた． ところで，チタンおよびチタン合金は，他の金属に比べて 軽量で比強度が大きく，耐食性に優れている．また，チタン およびある種のチタン合金は生体に対して無毒であり，すで にチタン合金製インプラント表面に微細構造を形成させて生 体適合性を高める試みが行われている [18][19][20][21] ．著者らは，前 報 22) において，工業用純チタンを SUS304 ステンレス鋼円板 上に載せてアルゴンイオンでスパッタエッチングすると，底 面直径が数 µm の円錐状突起物が形成されることを示した． また，工業用純チタンを V または Ta 円板上に載せてスパッ タエッチングすると直径が 500 nm 以下の微細孔が形成され るが 23,24) ，Nb，Mo および W 円板上に載せてスパッタエッチ つぎに，Fig. Ti-6Al-4V 合金のアルゴンイオンスパッタエッチングによる微細孔および微細突起物の形成…”