Ti-6Al-7Nb - Ti-6Al-7Nb

Ti-6Al-7Nb (Обозначение UNS R56700) является альфа-бета титановый сплав впервые синтезирован в 1977 г., содержащий 6% алюминий и 7% ниобий. Он отличается высокой прочностью и свойствами, аналогичными цитотоксическому ванадийсодержащему сплаву Ti-6Al-4V. Ti-6Al-7Nb используется в качестве материала для протезов бедра.[1]

Ti ― 6Al ― 7Nb - один из титановых сплавов, состоящих из гексагональной α-фазы (стабилизированный алюминий ) и регулярной объемноцентрированной фазы β (стабилизированной ниобий ). Сплав отличается дополнительными выгодными механическими свойствами, имеет более высокую коррозионную стойкость и биотолерантность по отношению к Ti-6Al-4V сплавы.[2][3][4]

Физические свойства

Физические свойства сплава во многом зависят от морфологии и доли объема присутствия фаз от параметров, полученных в процессе производства.[5][6]

СвойствоМинимальное значениеМаксимальное значениеЕдиница измерения
Плотность4.514.53г / см3
Твердость27002900МПа
Температура плавления18001860K
Удельная теплоемкость540560Дж / кг * К
Предел упругости895905МПа
Содержание энергии7501250МДж / кг
Скрытая теплота плавления360370кДж / кг

[7]

Как показано в приведенной выше таблице, легирование является одним из эффективных методов улучшения механических свойств, и поскольку ниобий принадлежит к той же группе ванадия, периодическая таблица он, конечно, действует как стабилизирующие α – β элементы (аналогично сплаву Ti-6Al-4V), однако прочность сплава Nb немного меньше, чем у сплава Ti-6Al-4V. Основное различие между Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb связан с различными факторами, такими как упрочнение твердого раствора, упрочнение, улучшающее структуру, обеспечиваемое улучшенной двухфазной структурой, и различие в микроструктуре между двумя сплавами.[8]

Производство

Ti-6Al-7Nb получают методами порошковой металлургии. Наиболее распространенными методами являются горячее прессование, литье металла под давлением, а также смешивание и прессование. При производстве Ti-6Al-7Nb температура спекания 900-1400о Обычно используются C. Изменение температуры спекания придает Ti-6Al-7Nb различные свойства, такие как различная пористость и микроструктура. Он также дает различный состав между фазами альфа, бета и альфа + бета. В последние годы сплавы Ti-6Al-7Nb также можно было изготавливать с помощью различных технологий 3D-принтера, таких как SLM и EBM.[9][10]

Термическая обработка

Показано, что термообработка титана оказывает значительное влияние на снижение остаточных напряжений, улучшение механических свойств (то есть прочности на разрыв или усталостной прочности за счет обработки раствором и старения). Кроме того, термообработка обеспечивает идеальное сочетание пластичности, обрабатываемости и структурной стабильности из-за различий в микроструктуре и скоростях охлаждения между α- и β-фазами.[11]

Скорость охлаждения влияет на морфологию. Когда скорость охлаждения снижается, например, от охлаждения воздухом до медленного охлаждения, морфология преобразованного α увеличивается по толщине и длине и содержится в меньшем количестве более крупных α-колоний.[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

  • Замена имплантируемых устройств, таких как: поврежденные твердые ткани, искусственные тазобедренные суставы, искусственные коленные суставы, костные пластины, винты для фиксации переломов, протезы сердечных клапанов, кардиостимуляторы и искусственное сердце.[14]
  • Стоматологическое приложение[15]
  • Материалы для самолетов

Биосовместимость

Ti-6Al-7Nb обладает высокой биосовместимостью. Оксиды Ti-6Al-7Nb насыщены в организме и не переносятся in vivo и не являются бионагрузкой. Сплав не вызывает неблагоприятных реакций на толерантность тканей и создает меньше ядер гигантских клеток. Ti-6Al-7Nb также показывает высокую совместимость с врастанием в человеческий организм.[16]

Технические характеристики

Обозначения для Ti-6Al-7Nb в других соглашениях об именах включают:[17]

  • UNS: R56700
  • Стандарт ASTM: F1295
  • Стандарт ISO: ISO 5832-11

Рекомендации

  1. ^ Феллах, Мамун; Лабайз, Мохамед; Ассала, Омар; Дехил, Лейла; Талеб, Ахлем; Резаг, Хадда; Иост, Ален (21 июля 2014 г.). «Трибологические свойства сплавов Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb для тотального протеза бедра». Достижения в трибологии. 2014: 1–13. Дои:10.1155/2014/451387.
  2. ^ Хлебус, Эдвард; Кузницкая, Богумила; Курзыновский, Томаш; Дыбала, Богдан (1 мая 2011 г.). «Микроструктура и механические свойства сплава Ti ― 6Al ― 7Nb, полученного селективным лазерным плавлением». Характеристики материалов. 62 (5): 488–495. Дои:10.1016 / j.matchar.2011.03.006.
  3. ^ Лю, Сюаньонг; Чу, Пол К .; Дин, Чуаньсянь (24 декабря 2004 г.). «Модификация поверхности титана, титановых сплавов и родственных материалов для биомедицинских приложений». Материаловедение и инженерия: R: Отчеты. 47 (3): 49–121. CiteSeerX  10.1.1.472.7717. Дои:10.1016 / j.mser.2004.11.001.
  4. ^ López, M. F; Gutiérrez, A; Хименес, Дж. А. (15 февраля 2002 г.). «Коррозионное поведение титановых сплавов без ванадия in vitro». Electrochimica Acta. 47 (9): 1359–1364. Дои:10.1016 / S0013-4686 (01) 00860-X.
  5. ^ Лютьеринг, Г. (15 марта 1998 г.). «Влияние обработки на микроструктуру и механические свойства (α + β) титановых сплавов». Материаловедение и инженерия: A. 243 (1): 32–45. Дои:10.1016 / S0921-5093 (97) 00778-8.
  6. ^ Азир, Сами Абуалнун; Alzubaydi, Thair L .; Свади, Абдулсалам К. (2007). «Влияние условий термической обработки на микроструктуру сплава Ti-6Al-7Nb, используемого в качестве материалов для хирургических имплантатов». Инженерно-технологический журнал. 25 (приложение №3). S2CID  55885379.
  7. ^ http://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=2064[требуется полная цитата ]
  8. ^ Кобаяши, Э .; Wang, T.J .; Doi, H .; Yoneyama, T .; 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. PMID  15348689. S2CID  13241089.
  9. ^ Больцони, Леандро; Hari Babu, N .; 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. Дои:10.4028 / www.scientific.net / KEM.551.161. HDL:10016/20805. S2CID  137360703.
  10. ^ Oliveira, V .; Chaves, R. R .; Bertazzoli, R .; Карам, Р. (декабрь 1998 г.). «Приготовление и определение характеристик сплавов Ti-Al-Nb для ортопедических имплантатов». Бразильский журнал химической инженерии. 15 (4): 326–333. Дои:10.1590 / S0104-66321998000400002. S2CID  94310566.
  11. ^ Серкомб, Тим; Джонс, Ноэль; День, Роб; Коп, Алан (26 сентября 2008 г.). «Термическая обработка деталей Ti ‐ 6Al ‐ 7Nb, полученных методом селективной лазерной плавки». Журнал быстрого прототипирования. 14 (5): 300–304. Дои:10.1108/13552540810907974.
  12. ^ Серкомб, Тим; Джонс, Ноэль; День, 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.
  13. ^ Лютьеринг, Г. (15 марта 1998 г.). «Влияние обработки на микроструктуру и механические свойства (α + β) титановых сплавов». Материаловедение и инженерия: A. 243 (1): 32–45. Дои:10.1016 / S0921-5093 (97) 00778-8.
  14. ^ Elias, C.N .; Lima, J.H.C .; Валиев, Р .; Мейерс, М.А. (1 марта 2008 г.). «Биомедицинские применения титана и его сплавов». JOM. 60 (3): 46–49. Bibcode:2008JOM .... 60c..46E. Дои:10.1007 / s11837-008-0031-1. S2CID  12056136.
  15. ^ Кобаяши, Э .; Wang, T.J .; Doi, H .; Yoneyama, T .; 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. PMID  15348689. S2CID  13241089.
  16. ^ Дисеги, Джон (ноябрь 2008 г.). Материалы имплантата (PDF) (2-е изд.). Synthes. Архивировано из оригинал (PDF) 11 декабря 2008 г.
  17. ^ «Стандартизированные титан и титановые сплавы». п. 163. в Sumita, M .; Hanawa, T .; Ohnishi, I .; Йонеяма, Т. (2003). «Процессы отказа в биометаллических материалах». Полная структурная целостность. С. 131–167. Дои:10.1016 / B0-08-043749-4 / 09143-6. ISBN  978-0-08-043749-1.

дальнейшее чтение

  • Казек-Кенсик, Алисия; Калемба-Рек, Изабела; Симка, Войцех (2019). «Анодирование медицинского сплава Ti-6Al-7Nb в суспензии Ca (H2PO2) 2-гидроксиапатита». Материалы. 12 (18): 3002. Bibcode:Напарник ... 12.3002K. Дои:10.3390 / ma12183002. ЧВК  6766300. PMID  31527501.
  • Иидзима, D; Йонеяма, Т; Doi, H; Хаманака, H; Куросаки, Н. (апрель 2003 г.). «Износостойкость отливок из Ti и Ti – 6Al – 7Nb для зубных протезов». Биоматериалы. 24 (8): 1519–1524. Дои:10.1016 / s0142-9612 (02) 00533-1. PMID  12527293.
  • Хамад, Thekra I .; Fatalla, Abdalbseet A .; Вахид, Амер Субхи; Azzawi, Zena G.M .; Цао, Инь-гуан; Сонг, Кэ (1 июня 2018 г.). «Биомеханическая оценка покрытий из наноциркония на винтах имплантата Ti-6Al-7Nb в большеберцовой кости кролика». Современная медицинская наука. 38 (3): 530–537. Дои:10.1007 / s11596-018-1911-4. PMID  30074223. S2CID  49365946.
  • Кайзер, Анита; Гжещук, Ола; Кайзер, Войцех; Новиньска, Катаржина; Качмарек, Марцин; Тарновски, Михал; Вежхонь, Тадеуш (2017). «Свойства титанового сплава Ti6Al7Nb, нитроцементированного в условиях тлеющего разряда». Acta биоинженерии и биомеханики. 19 (4): 181–188. Дои:10.5277 / ABB-00892-2017-03. PMID  29507440.
  • Осатанон, Танафум; Беспинёвонг, Критчай; Арксорннукит, Мансуанг; Такахаши, Хидекадзу; Павазант, Прасит (1 июля 2006 г.). «Ti-6Al-7Nb способствует разрастанию 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. PMID  16770546. S2CID  8548688.
  • Pennekamp, ​​Peter H .; Гессманн, Ян; Дидрих, Оливер; Буриан, Бьорн; Wimmer, Markus A .; Frauchiger, Vinzenz M .; Крафт, Клейтон Н. (март 2006 г.). «Краткосрочная микрососудистая реакция поперечно-полосатой мышцы на cp-Ti, Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb». Журнал ортопедических исследований. 24 (3): 531–540. Дои:10.1002 / jor.20066. PMID  16463365. S2CID  39224569.
  • Kraft, Clayton N .; Буриан, Бьорн; Дидрих, Оливер; Гессманн, Ян; Wimmer, Markus A .; Пеннекамп, Питер Х. (1 октября 2005 г.). «Микрососудистая реакция поперечно-полосатой мышцы на обычные сплавы для артропластики: сравнительное исследование in vivo с CoCrMo, Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb». Журнал исследований биомедицинских материалов, часть A. 75A (1): 31–40. Дои:10.1002 / jbm.a.30407. PMID  16078208.
  • Duarte, Laís T .; Больфарини, Клодемиро; Biaggio, Sonia R .; Rocha-Filho, Romeu C .; Насенте, Педро А. П. (1 августа 2014 г.). «Рост слоев пористого оксида без алюминия на титане и его сплавах Ti-6Al-4V и Ti-6Al-7Nb с помощью микродугового окисления». Материаловедение и инженерия: C. 41: 343–348. Дои:10.1016 / j.msec.2014.04.068. PMID  24907769.
  • Khan, M.A .; Williams, R.L .; Уильямс, Д.Ф. (Апрель 1999 г.). «Коррозионное поведение Ti – 6Al – 4V, Ti – 6Al – 7Nb и Ti – 13Nb – 13Zr в растворах белков». Биоматериалы. 20 (7): 631–637. Дои:10.1016 / s0142-9612 (98) 00217-8. PMID  10208405.
  • Challa, V. S.A .; Мали, S .; Мисра, Р. Д. К. (июль 2013 г.). «Снижение токсичности и превосходный клеточный ответ преостеобластов на сплав Ti-6Al-7Nb и сравнение с Ti-6Al-4V». Журнал исследований биомедицинских материалов, часть A. 101A (7): 2083–2089. Дои:10.1002 / jbm.a.34492. PMID  23349101.