Исследование влияния термической обработки на свойства сплава с памятью формы Ti-18Zr-14Nb, полученного методом селективного лазерного сплавления Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СВОЙСТВА СПЛАВА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ Т!-187Я-14МБ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ

Цатурянц М.С, Крейцберг А., Шереметьев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В.И.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия Ecole technologie superieure, Montreal, Canada maxtsat@gmail.com

На сегодняшний день медицина находится в поиске новых материалов и способов изготовления имплантатов. Имплантаты должны соответствовать требованиям биохимической (отсутствие токсичных компонентов) и биомеханической (низкий модуль Юнга и сверхупругость) совместимости, чтобы эффективно заменять костную ткань. Безникелевые сплавы с памятью формы (СПФ) на основе системы Ti-Zr-Nb являются наиболее перспективными среди металлических биоматериалов для решения этой задачи [1, 2]. Также всё больше внимания в биомедицине уделяется аддитивным технологиям, которые предлагают ряд уникальных возможностей, такие как изготовление имплантатов с заранее определённой пористой структурой и персонализация формы под пациента. В случае традиционных технологий свойства СПФ можно улучшить за счет термомеханической обработки (ТМО), а для аддитивных технологий доступна только термическая обработка (ТО) из-за заранее определённой формы.

В данной работе было исследовано влияние ТО на структуру, механические и функциональные свойства сплава Ti-18Zr-14Nb (ат. %), изготовленного методом селективного лазерного сплавления (СЛС) [2]. Сплав был подвергнут отжигу на температурах от 400-900 °С (30 мин) в атмосфере аргона с последующим охлаждением в воде. Микроструктура и фазовый состав были исследованы в двух плоскостях (перпендикулярно и параллельно построению) при помощи световой, электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Механические и функциональные свойства были изучены при помощи испытаний на растяжения и усталостных испытаний. Для определения величины обратимой деформации были проведены испытания на сверхупругость. по схеме: деформация-разгрузка с накоплением по 0.5% в цикле до 6% с последующим отогревом при 200 °С.

Исследования методами световой и электронной микроскопии показали характерную для процесса СЛС неоднородность микроструктуры, связанной с определенной ориентацией зерен и ванн расплава, в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Отжиг при 700 °С приводит к началу процессов рекристаллизации, которые развиваются при повышении температуры и после ТО при 900 °С завершаются, устраняя исходную неоднородность. Основной фазой в исходном состоянии и после ТО является ОЦК р-фаза. Отжиг при температурах 400-450 °С приводит к образованию незначительного количества низкотемпературной а-фазы. Результаты статических испытаний показали, что сплав после отжига на 500 °С проявляет наибольшую пластичность и обладает низким значением модуля Юнга (41 ГПа). Наилучшую функциональную усталостную долговечность (количество циклов до разрушения) сплав проявляет после ТО 500 °С. Наибольшую полную обратимую деформацию (около 3,8%) по результатам испытаний на сверхупругость сплав демонстрирует после ТО при 500-550 °С.

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект RFMEFI57517X0158).

1. Kim H. Y., Fu J., Tobe H., Kim J. I., Miyazaki S. Shape Memory and Superelasticity. 2015. 1. 107-116.

2. Ozan S., Lin J., Li Y., Ipek R., Wen C. Acta Biomaterialia. 2015. 20. 176-187.

3. Kreitcberg A., Brailovski V., Prokoshkin S. New biocompatible near-beta Ti-Zr-Nb alloy processed by laser powder bed fusion: Process optimization. Journal of Materials Processing Technology. 2018. 821-829.

»as--»- -

5б