Влияние режимов спекания на пористость порошкового интерметаллида TiNi

В связи с повышением среднего возраста населения страны растет потребность в операциях по замене суставов, восстановлению опорно-двигательного аппарата и в области стоматологии. Основное лечение этих заболеваний связано с использованием имплантатов для замены или усиления пораженной костной ткани. Металлические материалы являются наиболее востребованными благодаря сочетанию высоких механических свойств и коррозионной стойкости. Эффективность от использования имплантатов зависит от нескольких факторов – биохимической, биомеханической и гистологической совместимости. Биомеханическая совместимость определяется соответствием модулей упругости костной ткани и вживляемой конструкции. Среди новых металлических сплавов для имплантации выделяется никелид титана – TiNi, обладающий наиболее низким модулем Юнга. Создание пористых материалов может еще больше сблизить значения упругих констант материала имплантатов и костной ткани и, кроме того, обеспечить хорошую интеграцию имплантата
с костными структурами. Для создания пористого никелида титана предложено использовать методы порошковой металлургии. Порошок TiNi, полученный гидридно-кальциевым восстановлением, подвергается спеканию по разным температурно-временным режимам – температуры варьировали от 900 до 1290 °С, продолжительность – от 10 до 360 мин. Реализовано 24 режима спекания и получены образцы с разной пористостью. Статистическая обработка полученных результатов показала, что фактор продолжительности спекания не влияет в исследованном диапазоне времен. Зависимость пористости от температуры спекания описывается экспоненциальным уравнением. Показано, что пористость слабо меняется вплоть до температур 1200 °С, а при более высоких температурах спекания резко снижается до минимальных значений. Результаты исследования показали, что получение образцов TiNi с разной пористостью потребует точного соблюдения температурного режима спекания. При этом временной фактор не играет существенной роли в изменении пористости.

1. Pilliar R. M. Metallic biomaterials //Biomedical materials. – 2021. – С. 1-47

2. Bandyopadhyay A, Mitra I., Goodman S.B., Kumar M., Bose S. Improving biocompatibility for next generation of metallic implants //Progress in Materials Science. 2023. 133. 101053

3. Geetha M. AK Singh, R Asokamani et al. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants–A review //Progress in materials science. – 2009. – Т. 54. – №. 3. –С. 397-425.

4. Greiner C., Oppenheimer S. M., Dunand D. C. High strength, low stiffness, porous NiTi with superelastic properties//Actabiomaterialia. 2005. V.1, №. 6. P. 705-716

5. Pa lka K., Pokrowiecki R. Porous Titanium Implants: A Review// Adv. Eng. Mater. 2018. 1700648 DOI: 10.1002/adem.201700648

6. Воложин Г.А., А.П. Алехин, А.М. Маркеев и др. Влияние физико-химических свойств поверхности титановых имплантатов и способов их модификации на показатели остеоинтеграции// Институт стоматологии. – 2010. – № 44. – С.100-108.

7. Mitchell M. R., Jerina K. L. Fatigue and Fracture of Medical Metallic Materials and Devices. – ASTM International, 2007. – №. 148118

8. Prasadh S. et al. Metallic Foams in Bone Tissue Engineering //Nanoscale Engineering of Biomaterials: Properties and Applications. – Singapore : Springer Nature Singapore, 2022. – С. 181-205.

9. Пушин В. Г., Прокошкин С. Д., Валиев Р. З. и др. Сплавы никелида титана с памятью формы. Ч. 1. Структура, фазовые превращения и свойства – Екатеринбург: Изд-во УрО-РАН. 2006. 439 с.

10. А.В. Шуйцев. Структура и функциональные свойства интерметаллида TiNi, полученного спеканием гидридно-кальциевых порошков. автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук (05.16.01) / Шуйцев Александр Владимирович; «ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет». – Тула, 2016. – 19 c

11. Касимцев А.В., Маркова Г.В., Володько С.С., Юдин С.Н., Карпов Б.В., Алимов И.А. Порошковый никелид-титана: технология и свойства // Металлы. – 2020. - №6. – С. 31 –40

12. Изменение структуры и свойств порошкового гидридно-кальциевого никелида титана при ротационной ковке / Касимцев А.В., Маркова Г.В., Шуйцев А.В., Свиридова Т.А., Володько С.С. // Технология легких сплавов, - 2016. - №3. С.44-52

13. A. Shuytcev, G. Markova, A. Kasimtcev, S. Volod’ko, The influence of deformation on the structure and properties of TiNi sintered powder // Materials Today: Proceedings 4 (2017) 4685–4689

14. Маркова Г. В., Касимцев А. В., Володько С. С., Бубненков Б. Б. Влияние поперечно-винтовой прокатки на структуру и свойства порошкового сплава TiNi. Часть 1 //Цветные металлы. 2018. № 11. С. 75-82.

15. Г. В. Маркова, А. В. Касимцев, С. С. Володько, И.А.Алимов Влияние поперечновинтовой прокатки на структуру и свойства порошкового сплава TiNi. Часть 2// Цветные металлы. 2018. № 12, с. 75-81.

16. Маркова Г.В., Касимцев А.В., Володько С.С., Юдин С.Н., Алимов И.А., Гончаров С.С., Свиридова Т.А. Влияние экструзии порошкового сплава TiNi на его структуру и свойства // Технология лёгких сплавов. – 2019. - №3. – С. 34 – 42.