Дослідження впливу термообробки на структуру і властивості біосумісних стопів Ti–18Nb–$x$Si

О. М. Шевченко$^{1}$, Л. Д. Кулак$^{1}$, М. М. Кузьменко$^{1}$, О. Ю. Коваль$^{1}$, А. В. Котко$^{1}$, Н. В. Ульянчич$^{1}$, О. О. Півень$^{2}$, Т. П. Рубан$^{2}$, С. О. Фірстов$^{1}$

$^{1}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, вул. Академіка Заболотного, 150, 03143 Київ, Україна

Отримано: 18.03.2021. Завантажити: PDF

Проведено дослідження литих стопів Ti–18Nb–$x$Si з вмістом кремнію від 0,6 до 1,2% ваг. Вивчали утворення силіцидів за різних умов термообробки (температури і витримки), їхній розподіл, динаміку росту та розчинення, а також вплив на твердість і біологічні властивості. Найбільше виділення силіцидів (Ti, Nb)$_3$Si відбувається в результаті евтектоїдного розпаду твердого розчину за 800–900°С. У процесі гартування в інтервалі температур $\leq$ 1000°С переважно на межі зерен і дефектах структури виділяються силіцидні частинки з розмірами > 0,05 мкм, які не впливають на рух дислокацій у випадку пластичної деформації. Тому за даних температур стопи не зміцнюються, їхня твердість є досить низькою. Витримка призводить до зростання розмірів силіцидів і подальшого зниження твердості. За вищих температур гартування за рахунок виділення на дефектах всередині мартенситних пластин більш дисперсних і твердих Ti$_5$Si$_3$ силіцидів спостерігається збільшення твердості як результат балансу між дисперсійним твердінням і зниженням твердорозчинного зміцнення, оскільки кремній у разі утворення силіцидів видаляється з розчину. Культивування клітин $in vitro$ на зразках стопів Ti–18Nb–$x$Si показало, що леґування кремнієм підвищує їхню біоактивність. Найбільшу проліферацію клітин спостерігали на стопі Ti–18Nb–1,2Si, що може свідчити про вплив на біосумісність силіцидів.

Ключові слова: структура стопів Ti–Nb–Si, силіциди, зміцнення, біосумісність.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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