Metastabilní beta slitiny titanu pro využití v biomedicíně

Abstract

V této práci byl studován vliv stárnutí a zápustkového kování na mikrostrukturu a mechanické vlastnosti biokompatibilní metastabilní slitiny o složení Ti-35,3Nb-7,3Zr-5,7Ta-0,7O (hm. %). Připravené stavy byly studovány pomocí optické a skenovací elektronové mikroskopie, měření mikrotvrdosti a tahových zkoušek. Ve výchozím i ve stárnutých stavech byly nalezeny chemické nehomogenity dendritického tvaru, zrna velikosti stovek mikrometrů a četné póry velikosti jednotek mikrometrů. Precipitace alfa fáze byla ve stárnutých stavech zanedbatelná a alfa částice vznikly pouze na hranicích zrn. V kovaném stavu byla nalezena od velkých zrn o velikosti stovek mikrometrů až po zrna mikrometrová. Ve stárnutém i kovaném stavu byl zjištěn nárůst mikrotvrdosti oproti výchozímu stavu, ale nebyly pozorovány významné rozdíly mezi různými podmínkami stárnutí. Byla zjištěna mez kluzu výchozího stavu 870 MPa, v kovaném stavu došlo ke zvýšení na 1120 MPa. Slitina se v obou zkoumaných stavech projevila jako tvárná při pokojové teplotě. Díky své pevnosti je slitina perspektivní pro výrobu kloubních implantátů.

In this work the effect of die-forging and annealing on the mechanical properties and microstructure of biocompatible metastable alloy Ti-35.3Nb-7.3Zr -5.7Ta-0.7O (wt. %) was studied. Light and scanning electron microscopy, microhardness tests and tensile tests were used to study all prepared conditions. As-cast and as-annealed conditions showed chemical inhomogeneities exhibited as dendritic structure, grains with size of hundreds of micrometers and numerous pores having size of units of micrometers. Precipitation of alpha phase particles was negligible in as-annelaed conditions and only grain boundary alpha paticles formed. Die-forged condition showed grain sizes in the wide range of hundreds of micrometers down to micrometers. Both as-annealed and die-forged conditions showed increased microhardness compared to as-cast condition, but there were no significant differences between different annealing conditions. Yield stress of 870 MPa was found for as-cast condition while as-forged condition exhibited even higher yield stress of 1120 MPa. In both conditions, good room-temperature ductility was demonstrated. Due to its high strength, this alloy is perspective for manufacturing of joint implants.