Ти-6Ал-7Нб
Ti-6Al-7Nb (обозначение UNS R56700 ) представляет собой альфа-бета- титановый сплав , впервые синтезированный в 1977 году, содержащий 6% алюминия и 7% ниобия . Он обладает высокой прочностью и имеет свойства, аналогичные цитотоксичному ванадийсодержащему сплаву Ti-6Al-4V. Ti-6Al-7Nb используется в качестве материала для протезов бедра. [1]
Ti—6Al—7Nb — один из титановых сплавов, состоящий из гексагональной α-фазы (стабилизированной алюминием ) и регулярной объемно-центрированной фазы β (стабилизированной ниобием ). Сплав отличается повышенными механическими свойствами, имеет более высокую коррозионную стойкость и биотолерантность по сравнению со Ti-6Al-4V . сплавами [2] [3] [4]
Физические свойства
[ редактировать ]Физические свойства сплава во многом зависят от морфологии и объема фракций присутствия фаз от параметров, полученных в процессе производства. [5] [6]
| Свойство | Минимальное значение | Максимальное значение | Единица |
|---|---|---|---|
| Плотность | 4.51 | 4.53 | г/см 3 |
| Твердость | 2700 | 2900 | МПа |
| Температура плавления | 1800 | 1860 | К |
| Удельная теплоемкость | 540 | 560 | Дж/кг*К |
| Эластичный предел | 895 | 905 | МПа |
| Содержание энергии | 750 | 1250 | МДж/кг |
| Скрытая теплота плавления | 360 | 370 | кДж/кг |
Как показано в приведенной выше таблице, легирование является одним из эффективных методов улучшения механических свойств, и поскольку ниобий принадлежит к той же группе, что и ванадий в таблице Менделеева, он, конечно, действует как стабилизирующие элементы α –β (аналогично Ti-6Al). -4V), однако прочность сплава Nb немного меньше, чем у Ti-6Al-4V. Основное различие между Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb связано с различными факторами, такими как упрочнение твердого раствора, усиление структуры, обеспечиваемое уточненной двухфазной структурой, и различие в микроструктуре двух сплавов. [8]
Производство
[ редактировать ]Ti-6Al-7Nb получают методами порошковой металлургии. Наиболее распространенными методами являются горячее прессование, литье металлов под давлением, а также смешивание и прессование. При производстве Ti-6Al-7Nb обычно температура спекания составляет 900-1400°С. тот Используется С. Изменение температуры спекания придает Ti-6Al-7Nb различные свойства, такие как различная пористость и микроструктура. Это также дает различный состав между фазами альфа, бета и альфа+бета. В последние годы сплавы Ti-6Al-7Nb также можно изготавливать с помощью различных технологий 3D-принтера, таких как SLM и EBM. [9] [10]
Термическая обработка
[ редактировать ]Показано, что термическая обработка титана оказывает значительное влияние на снижение остаточных напряжений, улучшение механических свойств (т.е. прочности на разрыв или усталостной прочности при обработке на раствор и старении). Более того, термообработка обеспечивает идеальное сочетание пластичности, обрабатываемости и структурной стабильности благодаря различиям в микроструктуре и скоростях охлаждения между α- и β-фазами. [11]
Скорость охлаждения влияет на морфологию. Когда скорость охлаждения снижается, например, с воздушного охлаждения на медленное охлаждение, морфология трансформированного α увеличивается по толщине и длине и содержится в меньшем количестве более крупных колоний α. [12] Размер α-колонии является наиболее важным микроструктурным свойством, поскольку он влияет на усталостные свойства и механику деформации β-обработанных α+ β-сплавов. [13]
Приложения
[ редактировать ]- Замена имплантатов, таких как: вышедшие из строя твердые ткани, искусственные тазобедренные суставы, искусственные коленные суставы, костные пластины, винты для фиксации переломов, протезы сердечных клапанов, кардиостимуляторы и искусственное сердце. [14]
- Стоматологическое применение [15]
Биосовместимость
[ редактировать ]Ti-6Al-7Nb обладает высокой биосовместимостью. Оксиды Ti-6Al-7Nb насыщаются в организме, не транспортируются in vivo и не являются бионагрузкой. Сплав не вызывает неблагоприятных реакций толерантности к тканям и создает меньше ядер гигантских клеток. Ti-6Al-7Nb также показывает высокую совместимость с врастанием в организм человека. [16]
Спецификация
[ редактировать ]Обозначения Ti-6Al-7Nb в других соглашениях об именах включают: [17]
- УНС : 56700 рэндов
- Стандарт ASTM: F1295
- Стандарт ИСО: ИСО 5832-11
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Феллах, Мамун; Лабаис, Мохамед; Ассала, Омар; Дехиль, Лейла; Талеб, Ахлем; Резаг, Хадда; Иост, Ален (21 июля 2014 г.). «Трибологическое поведение сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb для тотального протеза бедра» . Достижения в трибологии . 2014 : 1–13. дои : 10.1155/2014/451387 . hdl : 10985/9566 .
- ^ Хлебус, Эдвард; Кузницкая, Богумила; Куржиновский, Томаш; Дыбала, Богдан (1 мая 2011 г.). «Микроструктура и механическое поведение сплава Ti—6Al—7Nb, полученного методом селективной лазерной плавки». Характеристика материалов . 62 (5): 488–495. дои : 10.1016/j.matchar.2011.03.006 .
- ^ Лю, Сюаньюн; Чу, Пол К.; Дин, Чуаньсянь (24 декабря 2004 г.). «Модификация поверхности титана, титановых сплавов и родственных материалов для биомедицинских применений». Материаловедение и инженерия: R: Отчеты . 47 (3): 49–121. CiteSeerX 10.1.1.472.7717 . дои : 10.1016/j.mser.2004.11.001 .
- ^ Лопес, МФ; Гутьеррес, А; Хименес, Х.А. (15 февраля 2002 г.). «Коррозионное поведение титановых сплавов без ванадия in vitro». Электрохимика Акта . 47 (9): 1359–1364. дои : 10.1016/S0013-4686(01)00860-X .
- ^ Лютьеринг, Г. (15 марта 1998 г.). «Влияние обработки на микроструктуру и механические свойства (α+β) титановых сплавов». Материаловедение и инженерия: А. 243 (1): 32–45. дои : 10.1016/S0921-5093(97)00778-8 .
- ^ Азир, Сами Абуальнун; Альзубайди, Тейр Л.; Свади, Абдулсалам К. (2007). «Влияние условий термообработки на микроструктуру сплава Ti-6Al-7Nb в качестве материалов хирургических имплантатов» . Инженерно-технологический журнал . 25 (Приложение 3): 431–442. дои : 10.30684/etj.25.3.15 . S2CID 55885379 .
- ^ «Свойства: Титановые сплавы — свойства и применение Ti6Al7Nb» .
- ^ Кобаяши, Э.; Ван, Ти Джей; Дой, Х.; Ёнеяма, Т.; Хаманака, Х. (1998). «Механические свойства и коррозионная стойкость стоматологических отливок из сплава Ti–6Al–7Nb». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 9 (10): 567–574. дои : 10.1023/А:1008909408948 . ПМИД 15348689 . S2CID 13241089 .
- ^ Больцони, Леандро; Хари Бабу, Н.; Руис-Навас, Элиза Мария; Гордо, Елена (2013). «Сравнение микроструктуры и свойств сплава Ti-6Al-7Nb, обработанного различными способами порошковой металлургии». Ключевые инженерные материалы . 551 : 161–179. doi : 10.4028/www.scientific.net/KEM.551.161 . hdl : 10016/20805 . S2CID 137360703 .
- ^ Оливейра, В.; Чавес, РР ; Бертаццоли, Р.; Карам, Р. (декабрь 1998 г.). «Получение и характеристика сплавов Ti-Al-Nb для ортопедических имплантатов» . Бразильский журнал химической инженерии . 15 (4): 326–333. дои : 10.1590/S0104-66321998000400002 . S2CID 94310566 .
- ^ Серкомб, Тим; Джонс, Ноэль; Дэй, Роб; Коп, Алан (26 сентября 2008 г.). «Термическая обработка деталей Ti-6Al-7Nb, полученных методом селективного лазерного плавления». Журнал быстрого прототипирования . 14 (5): 300–304. дои : 10.1108/13552540810907974 .
- ^ Серкомб, Тим; Джонс, Ноэль; Дэй, Роб; Коп, Алан (26 сентября 2008 г.). «Термическая обработка деталей Ti-6Al-7Nb, полученных методом селективного лазерного плавления». Журнал быстрого прототипирования . 14 (5): 300–304. дои : 10.1108/13552540810907974 .
- ^ Лютьеринг, Г. (15 марта 1998 г.). «Влияние обработки на микроструктуру и механические свойства (α+β) титановых сплавов». Материаловедение и инженерия: А. 243 (1): 32–45. дои : 10.1016/S0921-5093(97)00778-8 .
- ^ Элиас, Китай; Лима, JHC; Валиев Р.; Мейерс, Массачусетс (1 марта 2008 г.). «Биомедицинское применение титана и его сплавов». ДЖОМ . 60 (3): 46–49. Бибкод : 2008JOM....60c..46E . дои : 10.1007/s11837-008-0031-1 . S2CID 12056136 .
- ^ Кобаяши, Э.; Ван, Ти Джей; Дой, Х.; Ёнеяма, Т.; Хаманака, Х. (1 октября 1998 г.). «Механические свойства и коррозионная стойкость стоматологических отливок из сплава Ti–6Al–7Nb». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 9 (10): 567–574. дои : 10.1023/А:1008909408948 . ПМИД 15348689 . S2CID 13241089 .
- ^ Дисеги, Джон (ноябрь 2008 г.). Материалы для имплантатов (PDF) (2-е изд.). Синтезы. Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2015 года.
- ^ Милн, Ян; Ричи, РОД; Карихалу, Б.Л. (25 июля 2003 г.). Стандартизированный титан и титановые сплавы . Эльзевир. п. 163. ИСБН 9780080490731 . в Сумита, М.; Ханава, Т.; Ониши, И.; Ёнеяма, Т. (2003). «Процессы разрушения биометаллических материалов». Комплексная структурная целостность . стр. 131–167. дои : 10.1016/B0-08-043749-4/09143-6 . ISBN 978-0-08-043749-1 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Казек-Кесик, Алисия; Калемба-Реч, Изабела; Симка, Войцех (2019). «Анодирование медицинского сплава Ti-6Al-7Nb в суспензии Ca(H2PO2)2-гидроксиапатита» . Материалы . 12 (18): 3002. Бибкод : 2019Mate...12.3002K . дои : 10.3390/ma12183002 . ПМК 6766300 . ПМИД 31527501 .
- Иидзима, Д; Ёнеяма, Т; Дой, Х; Хаманак, Х; Куросаки, Н. (апрель 2003 г.). «Износостойкость отливок Ti и Ti–6Al–7Nb для зубных протезов». Биоматериалы . 24 (8): 1519–1524. дои : 10.1016/s0142-9612(02) 00533-1 ПМИД 12527293 .
- Хамад, Текра И.; Фаталла, Абдалбсет А.; Вахид, Амер Морнинг; Аззави, Зена, генеральный менеджер; Цао, Ин-гуан; Песня «Нет ничего лучше тебя» (1 июня 2018 г.). «Биомеханическая оценка нано-циркониевых покрытий на винтах имплантатов Ti-6Al-7Nb большеберцовой кости кролика». Современная медицинская наука . 38 (3): 530–537. дои : 10.1007/s11596-018-1911-4 . ПМИД 30074223 . S2CID 49365946 .
- Кайзер, Анита; Гжещук, Ола; Кайзер, Войцех; Новиньска, Катажина; Качмарек, Марцин; Тарновский, Михал; Вежчонь, Тадеуш (2017). «Свойства титанового сплава Ti6Al7Nb, нитроцементированного в условиях тлеющего разряда». Акты биоинженерии и биомеханики . 19 (4): 181–188. дои : 10.5277/ABB-00892-2017-03 . ПМИД 29507440 .
- Осатанон, Танапум; Беспинёвонг, Кричаи; Арксорнукит, Мансуанг; Такахаси, Хидекадзу; Павасант, Прасит (1 июля 2006 г.). «Ti-6Al-7Nb способствует распространению клеток и синтезу фибронектина и остеопонтина в остеобластоподобных клетках». Журнал материаловедения: Материалы в медицине . 17 (7): 619–625. дои : 10.1007/s10856-006-9224-8 . ПМИД 16770546 . S2CID 8548688 .
- Пеннекамп, Питер Х.; Гессманн, Ян; Дидрих, Оливер; Буриан, Бьёрн; Виммер, Маркус А.; Фраухигер, Винценц М.; Крафт, Клейтон Н. (март 2006 г.). «Кратковременный микрососудистый ответ поперечно-полосатых мышц на cp-Ti, Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb» . Журнал ортопедических исследований . 24 (3): 531–540. дои : 10.1002/jor.20066 . ПМИД 16463365 . S2CID 39224569 .
- Крафт, Клейтон Н.; Буриан, Бьёрн; Дидрих, Оливер; Гессманн, Ян; Виммер, Маркус А.; Пеннекамп, Питер Х. (1 октября 2005 г.). «Микрососудистая реакция поперечно-полосатых мышц на обычные сплавы для артропластики: сравнительное исследование in vivo с CoCrMo, Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb». Журнал исследований биомедицинских материалов, часть A. 75А (1): 31–40. дои : 10.1002/jbm.a.30407 . ПМИД 16078208 .
- Дуарте, Лаис Т.; Больфарини, Клаудемиро; Бьяджо, Соня Р.; Роча-Фильо, Ромеу К.; Насенте, Педро AP (1 августа 2014 г.). «Выращивание безалюминиевых пористых оксидных слоев на титане и его сплавах Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb методом микродугового оксидирования» . Материаловедение и инженерия: C . 41 : 343–348. дои : 10.1016/j.msec.2014.04.068 . ПМИД 24907769 .
- Хан, Массачусетс; Уильямс, РЛ; Уильямс, Д.Ф. (апрель 1999 г.). «Коррозионное поведение Ti–6Al–4V, Ti–6Al–7Nb и Ti–13Nb–13Zr в белковых растворах». Биоматериалы . 20 (7): 631–637. дои : 10.1016/s0142-9612(98)00217-8 . ПМИД 10208405 .
- Чалла, ВСА; Мали, С.; Мисра, РДК (июль 2013 г.). «Снижение токсичности и превосходная клеточная реакция преостеобластов на сплав Ti-6Al-7Nb и сравнение с Ti-6Al-4V». Журнал исследований биомедицинских материалов, часть A. 101А (7): 2083–2089. дои : 10.1002/jbm.a.34492 . ПМИД 23349101 .