Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование структуры и характеристик поверхности биосовместимых сплавов с памятью формы Ti-Nb-Zr и Ti-Nb-Ta

ФИО: Давыденко А.Н.

Направление: Нанотехнологии

Научный руководитель: д.ф.-м.н., проф. Прокошкин Сергей Дмитриевич, асп. Шереметьев Вадим Алексеевич

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Пластической деформации специальных сплавов

Академическая группа: ММО-13-1

Решением одной из главных проблем современной имплантологии – поиск биосовместимых металлических материалов для замещения костной ткани, схожих по функциональным (проявление сверхупругого (СУ) поведения) и механическим (низкое значение модуля Юнга (27 ГПа), высокая прочность и усталостная долговечность) свойствам, является использование сплавов с памятью формы (СПФ). В последнее десятилетие разрабатываются безникелевые СПФ на основе Ti-Nb. СУ поведение этих сплавов обусловлено обратимым β↔α″ мартенситным превращением. Оптимальная термомеханическая обработка (ТМО), включающая в себя холодную деформацию прокаткой и последеформационный отжиг (ПДО), является эффективным инструментом управления комплексом функциональных и механических свойств СПФ на основе Ti-Nb. ПДО, как заключительная операция в схеме ТМО, способствует формированию на поверхности СПФ Ti-Nb-Zr и Ti-Nb-Ta оксидного слоя, структура и характеристики которого еще не изучены. Этот слой может играть «дружественную» организму человека роль, а также являться одним из важнейших факторов, обуславливающих биосовместимость импланта.

Настоящая работа посвящена исследованию структуры, фазового состава и физико-механических характеристик оксидного слоя, сформированного в результате ТМО по разным режимам (интервал температур ПДО 500–900°С) на поверхности СПФ и Ti-21.8Nb-6Zr (TNZ) и Ti-19.7Nb-5.7Ta (TNT) (в ат. %), в сравнении с Ti-Ni и чистым титаном (Ti-Grade4).

Для оценки состояния поверхности, были проведены структурные исследования (рентгеновская дифрактометрия, сканирующая электронная микроскопия) и исследования физико-механических характеристик (измерительное царапание, измерительное индентирование, трибологические испытания, измерение контактного угла смачивания).

Оксидные слои на поверхности СПФ TNZ и TNT обладают высокой когезионной прочностью, которая увеличивается с ростом температуры ПДО в интервале 500–900°С. Поверхность исследуемых СПФ является более гидрофильной по сравнению с поверхностью чистого титана и Ti-Ni, что способствует ускорению процессу остеоинтеграции. Она обладает гораздо более высокой износостойкостью по сравнению с титаном и сравнимой с износостойкостью Ti-Ni.