Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

Исследование влияния термообработки на структуру и свойства биосовместимых сплавов Ti–18Nb–xSi

О. М. Шевченко1, Л. Д. Кулак1, Н. Н. Кузьменко1, А. Ю. Коваль1, А. В. Котко1, Н. В. Ульянчич1, О. А. Пивень2, Т. П. Рубан2, С. А. Фирстов1

1Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
2Институт молекулярной биологии и генетики НАН Украины, ул. Академика Заболотного, 150, 03143 Киев, Украина

Получена: 18.03.2021. Скачать: PDF

Проведено исследование литых сплавов Ti–18Nb–xSi с содержанием кремния от 0,6 до 1,2% вес. Изучались образование силицидов при разных условиях термообработки (температуры и выдержки), их распределение, динамика роста и растворения, а также влияние на твёрдость и биологические свойства. Наибольшее выделение силицидов (Ti, Nb)3Si происходит в результате эвтектоидного распада твёрдого раствора при 800–900°С. В процессе закалки в интервале температур 1000°С преимущественно на границах зерен и дефектах структуры выделяются силицидные частицы с размерами > 0,05 мкм, которые не влияют на движение дислокаций при пластической деформации. Поэтому при данных температурах сплавы не упрочняются, их твёрдость довольно низкая. Выдержка приводит к росту размеров силицидов и дальнейшему снижению твёрдости. При более высоких температурах закалки за счёт выделения на дефектах внутри мартенситных пластин дисперсных и твёрдых Ti5Si3 силицидов наблюдается увеличение твёрдости как результат баланса между дисперсионным твердением и снижением твёрдорастворного упрочнения, поскольку кремний при образовании силицидов удаляется из раствора. Культивирование клеток invitro на образцах сплавов Ti–18Nb–xSi показало, что легирование кремнием повышает их биоактивность. Наибольшую пролиферацию клеток наблюдали на сплаве Ti–18Nb–1,2Si, что может свидетельствовать о влиянии на биосовместимость силицидов.

Ключевые слова: структура сплавов Ti–Nb–Si, силициды, упрочнение, биосовместимость.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i07/0887.html

PACS: 61.72.sd, 64.75.Bc, 64.75.Nx, 81.30.Kf, 81.40.Cd, 81.40.Ef, 87.85.jj


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Y. Zhang, D. Sun, J. Cheng, J. K. Hon Tsoi, and J. Chen, Regenerative Biomaterials, 7, No. 1: 119 (2020). Crossref
  2. R. Olivares-Navarrete, J. J. Olaya, C. Ramírez, and S. E. Rodil, Coatings, No. 1: 72 (2011). Crossref
  3. H. S. Kim, W. Y. Kim, and S. H. Lim, Scr. Mater., 54, No. 5: 887 (2006). Crossref
  4. W. Y. Kim, H. S. Kim, and I. D. Yeo, Mater. Sci. Forum, 510–511: 858 (2006). Crossref
  5. Л. Д. Кулак, Н. А. Крапивка, Г. Е. Хоменко, В. Ю. Пучкова, Т. П. Терещенко, Электронная микроскопия и прочность материалов (Киев: Ин-т пробл. материаловедения им. И. Н. Францевича НАНУ: 2015), вып. 21, с. 38.
  6. A. E. Fisk, A. V. Demchyshyn, M. M. Kuzmenko, S. O. Firstov, and L. D. Kulak, Titanium Based Ceramic Reinforced Alloy for Use in Medical Implants: Patent 9,039,963 US. (2015).
  7. A. E. Fisk, A. V. Demchyshyn, L. D. Kulak, and M. M. Kuzmenko, Titanium Based Ceramic Reinforced Alloy: Patent 3 272 890 A1 EP. (2018).
  8. О. М. Шевченко, Л. Д. Кулак, О. В. Дацкевич, М. М. Кузьменко, Г. Є. Хоменко, С. О. Фірстов, Доповіді Національної академії наук України, № 2: 62 (2015). Crossref
  9. О. М. Шевченко, Л. Д. Кулак, М. М. Кузьменко, А. В. Котко, С. О. Фірстов, Металлофиз. новейшие технол., 39, № 6: 823 (2017). Crossref
  10. О. М. Шевченко, Л. Д. Кулак, М. М. Кузьменко, С. О. Фірстов, Металлофиз. новейшие технол., 41, № 3: 363 (2019). Crossref
  11. О. М. Шевченко, Л. Д. Кулак, М. М. Кузьменко, С. О. Фірстов, Металлофиз. новейшие технол., 42, № 2: 237 (2020). Crossref
  12. A. S. Ramos, C. A. Nunes, and G. C. Coelho, Materials Characterization, 56, No. 2: 107 (2006). Crossref
  13. A. M. S. Costa, G. F. Lima, G. Rodrigues, C. A. Nunes, G. C. Coelho, P. A. Suzuki, J. Phase Equilib. Diffus., 31: 22 (2010). Crossref
  14. О. М. Шевченко, Л. Д. Кулак, М. М. Кузьменко, С. О. Фірстов, Фіз.-хім. механіка матеріалів, № 4: 107 (2019).
  15. O. M. Shevchenko, L. D. Kulak, M. М. Kuzmenko, and S. O. Firstov, Mater. Sci., 55, No. 4: 577 (2020). Crossref
  16. S. E. Rodil, R. Olivares, H. Arzate, and S. Muhl, Diamond Relat. Mater., 12, Iss. 3–7: 931 (2003). Crossref
  17. С. А. Фирстов, С. В. Ткаченко, Н. Н. Кузьменко, Металловедение и термическая обработка металлов, № 1: 14 (2009).
  18. S. Roy, S. V. Divinski, and A. Paul, Philos. Magazine, 94, No. 7: 683 (2014). Crossref
  19. M. Fiore, F. B. Neto, and C. R. F. Azevedo, Mater. Res., 19: 942 (2016). Crossref
  20. M. Fiore, F. B. Neto, C. R. F. Azevedo, REM – Int. Eng. J., 70, No. 2: 201 (2017). Crossref
  21. A. V. Dobromyslov and V. A. Elkin, Mater. Sci. Eng. А, 438–440: 324 (2006). Crossref
  22. Дж. У. Мартин, Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов (Москва: Металлургия: 1983).
  23. G. Lauer, M. Wiedmann-Al-Ahmad, J. E. Otten, U. Hubner, and S. W. Schmelzeisen, Biomaterials, 22, No. 20: 2799 (2001). Crossref
  24. C. Schmidt, D. Kaspar, M. R. Sarkar, L. E. Claes, and A. A. Ignatius, J. Biomed. Mater. Res., 63, No. 3: 252 (2002). Crossref
  25. D. M. Findlay, K. Welldon, G. J. Atkins, D. W. Howie, A. C. W. Zannettino, and D. Bobyn, Biomaterials, 25, No. 12: 2215 (2004). Crossref