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

Дослідження впливу термообробки на структуру і властивості біосумісних стопів Ti–18Nb–xSi

О. М. Шевченко1, Л. Д. Кулак1, М. М. Кузьменко1, О. Ю. Коваль1, А. В. Котко1, Н. В. Ульянчич1, О. О. Півень2, Т. П. Рубан2, С. О. Фірстов1

1Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
2Інститут 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–xSi 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)3Si відбувається в результаті евтектоїдного розпаду твердого розчину за 800–900°С. У процесі гартування в інтервалі температур 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 Ti5Si3 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 invitro на зразках стопів Ti–18Nb–xSi 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