Beta-Ti alloys for medical applications

Abstract

1 Title: Beta-Ti alloys for medical applications Author: Dalibor Preisler Department / Institute: Department of Physics of Materials Supervisor of the doctoral thesis: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D., Department of Physics of Materials Abstract: Interstitial strengthening by a high amount of oxygen can be used in metastable beta-Ti alloys, for achieving very high strength without compromising ductility. The content of oxygen however influences the phase stability and consequently increases the Young's modulus. Several alloys with various content of beta-stabilizing elements were prepared by common metallurgical route. On top of that, dozens of compositions were prepared by a high-throughput powder metallurgy method and thoroughly studied. Lattice softening due to proximity to a martensitic transformation was utilized to minimize the Young's modulus. Effect of omega phase was thoroughly studied; it was found that the embrittlement by the athermal omega phase is most probably connected with the high oxygen content and its room-temperature diffusion into omega particles. Fundamental difference between elastic behaviour of alloys containing a significant fraction of omega and those with only a limited amount of omega was demonstrated. Regarding the plastic deformation mechanisms, it was found that...

1 Název práce: Slitiny na bázi beta-Ti pro využití v medicíně Autor: Dalibor Preisler Katedra / Ústav: Katedra fyziky materiálů Vedoucí disertační práce: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D., Katedry fyziky materiálů Abstrakt: Intersticiální zpevnění vysokým obsahem kyslíku lze využít k dosažení velmi vysoké pevnosti metastabilních beta-Ti slitin, aniž by došlo ke snížení tažnosti. Obsah kyslíku však ovlivňuje fázovou stabilitu a následně zvyšuje Youngův modul pružnosti. Několik slitin s různým obsahem beta-stabilizačních prvků bylo vyrobeno obvyklými metalurgickými postupy. Navíc, velký počet slitin byl připraven tzv. high-throughput metodou za pomoci práškové metalurgie a tyto byly podrobně studovány. Měknutí krystalické mřížky, způsobené blízkostí k martenzitické transformaci, bylo využito pro minimalizaci Youngova modulu. Vliv omega fáze byl podrobně studován; bylo zjištěno, že křehnutí, způsobené atermální omega fází, s největší pravděpodobností souvisí s vysokým obsahem kyslíku a jeho difúzí do omega částic při pokojové teplotě. Byl prokázán fundamentální rozdíl v elastickém chování slitin obsahujících významný podíl omega fáze a slitin s omezeným množstvím omega fáze. V souvislosti s mechanismy plastické deformace bylo zjištěno, že vznik napěťově- indukovaného alfa″ martenzitu souvisí s rozdíly...