Получение и исследование титанового сплава Ti–38Zr–9Nb (ат. %) медицинского назначения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Титан и его сплавы обладают рядом уникальных свойств, таких как высокая удельная прочность, устойчивость к коррозии, нетоксичность и биосовместимость с тканями человека. Благодаря этим свойствам они широко используются для создания протезов суставов человеческого тела. В данной работе исследуются слитки сплавов Ti–38Zr–9Nb (ат. %) и полученные из них пластины. Особое внимание уделяется однородности химического состава, микроструктуре, фазовому составу и механическим свойствам. Полученные слитки подходят для дальнейшей обработки давлением. Гомогенизирующий отжиг при температуре 1000°С в течение двух часов разрушает дендритную структуру сплава. После гомогенизирующего отжига α′-фаза полностью растворяется в β-фазе, которая является основной для использования сплава в имплантах. Микроструктура пластины однородна и состоит из полиэдрических β-зерен. Размер зерен после прокатки составляет примерно 100 мкм. Рентгенофазовый анализ показал, что сплав состоит из метастабильного β-Ti, стабилизированного Nb и Zr. Сплав Ti–38Zr–9Nb обладает механическими свойствами, близкими к свойствам человеческой кости, а именно низким модулем упругости, высокой прочностью и пластичностью, которые делают его перспективным материалом для применения в медицинских целях.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Каплан

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

С. В. Конушкин

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

К. В. Сергиенко

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

А. Д. Горбенко

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

В. К. Жидков

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

М. А. Волчихина

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

Т. М. Севостьянова

Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 117513 Москва

Я. А. Морозова

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

А. Ю. Иванников

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

М. Г. Фролова

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

А. Г. Колмаков

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru

член-корреспондент РАН

Россия, 119334 Москва

М. А. Севостьянов

Институт металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова Российской академии наук

Email: mishakaplan@yandex.ru
Россия, 119334 Москва

Список литературы

  1. Kim H.Y., Ikehara Y., Kim J.I., Hosoda H., Miyazaki S. // Acta mater. 2006. Т. 54. № 9. P. 2419–2429. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2006.01.019
  2. Zhang J., Li Y., Li W. // J. Mater. Sci. 2021. Т. 56. P. 11456–11468. https://doi.org/10.1007/s10853-021-05814-4
  3. Patel N., Gohil P. // Int. J. Emerg. Technol. Adv. Eng. 2012. T. 2. № 4. P. 91–101.
  4. Bai L., Gong C., Chen X., Sun Y., Zhang J., Cai L., Zhu S., Xie S.Q. // Metals. 2019. T. 9. № 9. P. 1004. https://doi.org/10.3390/met9091004
  5. Chao Q., Hodgson P.D., Beladi H. // Metall. Mater. Trans. A. 2014. V. 45. P. 2659–2671. https://doi.org/10.1007/s11661-014-2205-5
  6. Park Y.J., Song Y.H., An J.H., Song H.J., Anusavice K.J. // J. Dent. 2013. V. 41. № 12. P. 1251–1258. https://doi.org/10.1016/j.jdent.2013.09.003
  7. Li Y., Wong C., Xiong J., Hodgson P., Wen C. // J. Dent. Res. 2010. V. 89. № 5. P. 493–497. https://doi.org/10.1177/0022034510363675
  8. Schneider S.G., Nunes C.A., Rogero S.O., Higa O.Z., Bressiani J.C. // Biomecánica. 2000. V. 8. № 1. P. 84–87. https://doi.org/10.5821/sibb.v8i1.1653
  9. Mishra A.K., Davidson J.A., Poggie R.A., Kovacs P., Ted J. Mechanical and tribological properties and biocompatibility of diffusion hardened Ti-13Nb-13Zr – A new titanium alloy for surgical implants. In: Medical applications of titanium and its alloys. Brown S.A., Lemons J.E. (eds). ASTM STP 1272, ASTM International, West Conshohocken, PA, 1996. pp. 96–116.
  10. Black J. Biological performance of materials. Fundamentals of biocompability. 4th ed. Taylor & Francis Group, LCC: Abingdon, UK, 2005. 520 p. https://doi.org/10.1201/9781420057843
  11. Конушкин С.В., Кирсанкин А.А., Михайлова А.В., Румянцев Б.А., Лукьянов А.С., Каплан М.А., Горбенко А.Д., Сергиенко К.В., Насакина Е.О., Колмаков А.Г., Севостьянов М.А. // Электрометаллургия. 2023. № 10. C. 2–8. https://doi.org/10.31044/1684-5781-2023-0-10-2-8
  12. Насакина Е.О., Сударчикова М.А., Баикин А.С., Мельникова А.А., Демин К.Ю., Дормидонтов Н.А., Прокофьев П.А., Конушкин С.В., Сергиенко К.В., Каплан М.А., Севостьянов М.А., Колмаков А.Г. // Деформация и разрушение материалов. 2023. № 12. С. 25–29. https://doi.org/10.31044/1814-4632-2023-12-25-29
  13. Сергиенко К.В., Михайлова А.В., Конушкин С.В., Каплан М.А., Насакина Е.О., Севостьянов М.А., Баикин А.С., Колмаков А.Г. // Металлы. 2022. № 4. C. 33–39. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2023-12-32-42
  14. Mohammed M.T., Khan Z.A., Siddiquee A.N. // Int. J. Chem. Nucl. Metall. Mater. Eng. 2014. V. 8. № 8. P. 822–827. https://doi.org/10.5281/zenodo.1094481
  15. Chen Q., Thouas G.A. // Mater. Sci. Eng. R Rep. 2015. V. 87. P. 1–57. https://doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001
  16. Liu Q., Meng Q., Guo S., Zhao X. // Prog. Nat. Sci. Mater. Int. 2013. V. 23. № 6. P. 562–565. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2013.11.005
  17. Raffa M.L., Nguyen V.-H., Hernigou P., Flouzat-Lachaniette C.H., Haiat G. // J. Orthop. Res. 2021. V. 39. № 6. 1174–1183. https://doi.org/10.1002/jor.24840
  18. Shahzamanian M.M., Banerjee R., Dahotre N.B., Srinivasa A.R., Reddy J.N. // Compos. Struct. 2023. V. 39. 117262. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117262
  19. Konushkin S.V., Kaplan M.A., Sergienko K.V., Gorbenko A.D., Morozova Y.A., Ivannikov A.Yu., Sudarchikova M.A., Sevostyanova T.M., Nasakina E.O., Mikhlik S.A., Kolmakov A.G., Sevostyanov M.A. // Inorg. Mater. Appl. Res. 2024. V. 15. № 2. P. 395–401. https://doi.org/10.1134/S2075113324020266
  20. Hanawa T. // Sci. Technol. Adv. Mater. 2022. V. 23. № 1. P. 457–472. https://doi.org/10.1080/14686996.2022.2106156
  21. Popescu S.M., Manolea H., Diaconu O.A., Mercuţ V., Scrieciu M., Dascǎlu I.T., Ţuculina M.J., Obadan F., Popescu F.D. // Defect and Diffusion Forum, 2017. V. 376. P. 12–28. https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/DDF.376.12
  22. O’Brien B. Niobium biomaterials. In: Advances in metallic biomaterials. Niinomi M., Narushima T., Nakai M. (eds). Springer Series in Biomaterials Science and Engineering, vol. 3. Springer, Berlin, Heidelberg, 2015. 245–272. https://doi.org/10.1007/978-3-662-46836-4_11
  23. Sergienko K.V., Konushkin S.V., Kaplan M.A., Gorbenko A.D., Guo Y., Nasakina E.O., Sudarchikova M.A., Sevostyanova T.M., Morozova Ya.A., Shatova L.A., Mikhlik S.A., Sevostyanov M.A., Kolmakov A.G. // Metals. 2024. V. 14. №11. 1311. https://doi.org/10.3390/met14111311
  24. Wang B.L., Li L., Zheng Y.F. // Biomed. Mater. 2010. V. 5. № 4. 044102. https://doi.org/10.1088/1748-6041/5/4/044102

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Микроструктура сплава: (а) после выплавки – центр слитка, (б) после выплавки – дендриты на верхней части слитка, (в) после выплавки и гомогенизирующего отжига, (г) после выплавки, гомогенизирующего отжига и закалки.

Скачать (913KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распределение элементов по сечению слитка Ti–38Zr–9Nb.

Скачать (977KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгенограммы сплава Ti–38Zr–9Nb: после выплавки (1), после выплавки и гомогенизирующего отжига (2), после выплавки, гомогенизирующего отжига и закалки (3), после прокатки (4).

Скачать (222KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Микроструктура пластины Ti–38Zr–9Nb после проката: вид сверху (а), вид сбоку (б).

Скачать (905KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фрактография сплава Ti–38Zr–9Nb после исследования механических свойств.

Скачать (480KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».