Открытый доступ
Платный доступ или доступ для подписчиков
Исследование микроструктуры и механических свойств биомедицинского сплава Ti – 10Ta – 2Nb – 2Zr, изготовленного методом селективного лазерного плавления
Аннотация
Исследован биомедицинский сплав Ti – 10Ta – 2Nb – 2Zr, изготовленный методом селективного лазерного плавления. Проведен анализ частиц исходного порошка по размерам. Определены структура, плотность и механические свойства при испытании на растяжение сплава, полученного при разных режимах плавления. Варьирование технологических параметров селективного лазерного плавления позволило достичь высокой плотности материала. В исходном состоянии после печати образуется мартенситная α′-фаза с игольчатой морфологией, обеспечивающая высокие прочностные свойства сплава при сохранении пластичности и пониженном модуле упругости. Термическая обработка выше температуры β-превращения приводит к формированию равновесной пластинчатой α + β-структуры с умеренным снижением прочностных характеристик и дальнейшим уменьшением модуля упругости, что благоприятно для биосовместимости имплантатов.
Ключевые слова
Литература
Wu H., Chen X., Kong L. et al. Mechanical and biological properties of titanium and its alloys for oral implant with preparation techniques: A review // Materials. 2023. V. 16, Is. 21. Art. 6860.
Khorasani A. M., Goldberg M., Doeven E. H. et al. Titanium in biomedical applications — properties and fabrication: A review // J. Biomater. Tissue Eng. 2015. V. 5, Is. 8. P. 593 – 619.
Abdel-Hady Gepreel M., Niinomi M. Biocompatibility of Ti-alloys for long-term implantation // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013. V. 20. P. 407 – 415.
Zhang Y., Xiu P., Jia Z. et al. Effect of vanadium released from micro-arc oxidized porous Ti6Al4V on biocompatibility in orthopedic applications // Colloids Surf. B Biointerfaces. 2018. V. 169. P. 366 – 374.
Laheurte P., Prima F., Eberhardt A. et al. Mechanical properties of low modulus titanium alloys designed from the electronic approach // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2010. V. 3, Is. 8. P. 565 – 573.
Chen L.-Y., Cui Y.-W., Zhang L.-C. Recent development in beta titanium alloys for biomedical applications // Metals. 2020. V. 10, Is. 9. Art. 1139.
Bahl S., Suwas S., Chatterjee K. Comprehensive review on alloy design, processing, and performance of titanium alloys as biomedical materials // Int. Mater. Rev. 2021. V. 66, Is. 2. P. 114 – 139.
Niinomi M., Boehlert C. J. Titanium alloys for biomedical applications / In: Niinomi M., Narushima T., Nakai M. (eds), Advances in Metallic Biomaterials. Springer Series in Biomaterials Science and Engineering. V. 3. Springer, Berlin, Heidelberg. 2015. P. 179 – 213.
Niinomi M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2008. V. 1, Is. 1. P. 30 – 42.
Sing S. L., Yeong W. Y., Wiria F. E. Selective laser melting of titanium alloy with 50 wt% tantalum: Microstructure and mechanical properties // J. Alloys Compd. 2016. V. 660. P. 461 – 470.
Fuerst J., Medlin D., Carter M. et al. Laser additive manufacturing of titanium-tantalum alloy structured interfaces for modular orthopedic devices // JOM. 2015. V. 67, Is. 4. P. 775 – 780.
Huang S., Sing S. L., Geoff de Looze et al. Laser powder bed fusion of titanium-tantalum alloys: Compositions and designs for biomedical applications // J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2020. V. 108. Art. 103775.
Plaine A. H., Silva M. R. da, Bolfarini C. Effect of thermo-mechanical treatments on the microstructure and mechanical properties of the metastable -type Ti – 35Nb – 7Zr – 5Ta alloy // Mater. Res. 2019. V. 22, Is. 1. Art. e20180462.
Ummethala R., Karamched P. S., Rathinavelu S. et al. Selective laser melting of high-strength, low-modulus Ti – 35Nb – 7Zr – 5Ta alloy // Materialia. 2020. V. 14. Art. 100941.
Zhang L. C., Klemm D., Eckert J. et al. Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti – 24Nb – 4Zr – 8Sn alloy // Scr. Mater. 2011. V. 65, Is. 1. P. 21 – 24.
Hao Y. L., Yang R., Niinomi M. et al. Young’s modulus and mechanical properties of Ti – 29Nb – 13Ta – 4.6Zr in relation to martensite // Metall. Mater. Trans. A. 2002. V. 33, Is. 10. P. 3137 – 3144.
Yang K., Wang J., Tang H. et al. Additive manufacturing of in-situ reinforced Ti – 35Nb – 5Ta – 7Zr (TNTZ) alloy by selective electron beam melting (SEBM) // J. Alloys Compd. 2020. V. 826. Art. 154178.
Zhenhuan W., Yu D., Junsi L. et al. Physiochemical and biological evaluation of SLM-manufactured Ti – 10Ta – 2Nb – 2Zr alloy for biomedical implant applications // Biomed. Mater. 2020. V. 15, Is. 4. Art. 045017.
Dilip J. J. S., Zhang S., Teng C. et al. Influence of processing parameters on the evolution of melt pool, porosity, and microstructures in Ti – 6Al – 4V alloy parts fabricated by selective laser melting // Prog. Addit. Manuf. 2017. V. 2, Is. 3. P. 157 – 167.
Liu C., Li Y., Gu J. et al. Phase transformation in titanium alloys: A review // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2024. V. 34, Is. 10. P. 3093 – 3117.
Ahmed T., Rack H. J. Phase transformations during cooling in + titanium alloys // Mater. Sci. Eng. A. 1998. V. 243, Is. 1 – 2. P. 206 – 211.
Bania P. J. Beta titanium alloys and their role in the titanium industry // JOM. 1994. V. 46, Is. 7. P. 16 – 19.
Xiang S., Yuan Y., Zhang C. et al. Effects of process parameters on the corrosion resistance and biocompatibility of Ti6Al4V parts fabricated by selective laser melting // ACS Omega. 2022. V. 7, Is. 7. P. 5954 – 5961.
Jamshidi P., Aristizabal M., Kong W. et al. Selective Laser Melting of Ti – 6Al – 4V: The impact of post-processing on the tensile, fatigue and biological properties for medical implant applications // Materials. 2020. V. 13, Is. 12. Art. 2813.
Cho J. Y., Xu W., Brandt M. et al. Selective laser melting-fabricated Ti – 6Al – 4V alloy: Microstructural inhomogeneity, consequent variations in elastic modulus and implications // Opt. Laser Technol. 2019. V. 111. P. 664 – 670.
DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.10.44-51
© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026