Исследование структуры и свойств биоинертных сплавов системы Ti-Nb
Исследована микроструктура сплава Ti-40Nb в УМЗ состоянии, сформированного комбинированным методом интенсивной пластической деформации. Определены основные механические характеристики сплава.Определены интервалы термостабильности структуры и механических свойств сплава Ti-40Nb в УМЗ состоянии.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………. 13
1 СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ
ПРИЛОЖЕНИЙ И СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ИХ МЕХАНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК …………………………………………………………………………………. 15
1.1 Требования, предъявляемые к имплантатам ……………………………………….. 15
1.2 Металлические биоматериалы……………………………………………………………. 16
1.3 Современные металлические биоматериалы ………………………………………. 18
1.4 Фазовые превращения в системе Ti-Nb ………………………………………………. 19
1.5 Методы интенсивной пластической деформации для получения
ультрамелкозернистого состояния сплавов ……………………………………………… 21
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ …………………………………. 24
2.1 Материал исследований …………………………………………………………………….. 24
2.2 Подготовка образцов для металлографических исследований …………….. 25
2.3 Методы оптической и электронной микроскопии ………………………………. 28
2.4 Методика расчета среднего размера зерна ………………………………………….. 32
2.7 Измерение микротвердости ……………………………………………………………….. 34
2.8 Испытания на растяжение ………………………………………………………………….. 35
3 МИКРОСТРУКТУРА, ТЕРМОСТАБИЛЬНОСТЬ И МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА СПЛАВА TI-40NB ………………………………………………………………. 37
3.1 Влияние отжига на микроструктуру сплава ………………………………………… 37
3.2 Влияние высокотемпературного отжига на механические свойства сплава
……………………………………………………………………………………………………………….. 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 49
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ……………………………………………………………………….. 51
4.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………………. 51
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………….. 51
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………… 51
4.1.3 SWOT – анализ …………………………………………………………………………….. 53
4.2 Оценка готовности проекта к коммерциализации……………………………….. 57
4.3 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ………………………………………………………………………………………….. 59
4.4 Инициация проекта ……………………………………………………………………………. 60
4.4.1 Ограничения и допущения проекта ………………………………………………. 63
4.5 Планирование управления научно-техническим проектом …………………. 64
4.5.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………….. 64
4.5.2 Контрольные события проекта ……………………………………………………… 64
4.6 План проекта……………………………………………………………………………………… 65
4.7 Бюджет научно-исследовательского проекта ……………………………………… 67
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………. 74
5.1 Анализ вредных и опасных факторов, создаваемые объектом исследования
………………………………………………………………………………………………………………….. 75
5.2 Обоснование мероприятий по защите исследования от действия опасных
и вредных факторов ………………………………………………………………………………… 77
5.2.1 Организационные мероприятия ……………………………………………………. 77
5.2.2 Организация рабочего места оператора ПК …………………………………… 78
5.3 Условия безопасной работы ………………………………………………………………. 80
5.4 Химическая безопасность ………………………………………………………………….. 85
5.5 Электробезопасность …………………………………………………………………………. 87
5.6 Пожарная безопасность ……………………………………………………………………… 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………….. 93
Обозначения и сокращения
ИПД – интенсивная пластическая деформация
УМЗ – ультрамелкозернистая структура
Ti40Nb – сплав титана с содержанием 40 мас.%ниобия
КГД – кручение под высоким давлением
РКУП – равноканальное угловое прессование
ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия
ơв– предел прочности
ơ0.2 – предел текучести
МП – мартенситное превращение
ПФ – память формы
СЭ –сверхэластичность
К современным материалам для имплантатов применяются требования
не только по их биосовместимости и высоким механическим характеристикам,
но и по механической совместимости с костной тканью [1]. Это означает, что
материал имплантата по своим свойствам должен быть как можно ближе к
костной ткани.
В настоящее время успешное применение в медицине находят
вентильные биоинертные металлы – титан, цирконий, ниобий и их сплавы.
Титан и его сплавы широко используются в качестве материалов для
медицинских имплантатов из-за биосовместимости, высокой коррозионной
стойкости и хороших механических свойств [1-3].
Наиболее распространенным материалом для имплантатов,
устанавливаемых на длительный срок, является технически чистый титан
марок ВТ1-0 и ВТ1-00, так как в нем отсутствуют вредные для организма
примеси [1-5]. Однако модуль упругости у титана медицинского назначения
находится в пределах 100-120 ГПа, что значительно выше модуля упругости
костной ткани (15-55 ГПа) [6]. Низкий модуль упругости материала
имплантата, сопоставимый с модулем упругости для костной ткани, позволяет
осуществлять равномерное распределение деформаций и механических
напряжений в системы «кость-имплантат». В качестве материала имплантата
представляет наибольший интерес применение биоинертных титановых β-
сплавов, например, сплавов систем Ti-Nb или Ti-Nb-Zr с низким модулем
упругости. Легирование титана ниобием до 40-45 мас. % позволяет уменьшить
модуль упругости до 55 ГПа, что сопоставимо с модулем упругости кости, но
при этом происходит снижение прочностных характеристик [6-7].
Исходя из вышесказанного и обзора научной литературы была
поставлена общая цель данной работы: исследовать термостабильность
структуры и механических свойств сплава системы Ti – 40 мас.%Nb (Ti40Nb) в
УМЗ состоянии, сформированного комбинированным методом интенсивной
пластической деформации.
Для реализации поставленной цели было необходимо решить задачи:
1) исследовать микроструктуру сплава Ti40Nb в УМЗ состоянии,
сформированного комбинированным методом интенсивной пластической
деформации (abc – прессованием и прокаткой);
2) определить основные механические характеристики сплава Ti40Nb
в УМЗ состоянии;
3) экспериментально определить интервалы термостабильности
структуры и механических свойств сплава Ti40Nb в УМЗ состоянии.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (826 отзывов)
5 (1241 отзыв)
4.7 (82 отзыва)
4.8 (373 отзыва)
4.2 (5 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.9 (5 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
5 (9 отзывов)
