ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПАКТНЫХ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИДРИДНО-КАЛЬЦИЕВОГО ПОРОШКА Ti-Nb-Ta Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

После работы над проектом и изучения минералов Маданского рудного поля можно выделить 2 стадии формирования: 1 - образование рудоносных скарнов при внедрении Родопского массива и последующее (2 стадия) их окисление при гипергенезе (образование церуссита, ковеллина и пр.).

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПАКТНЫХ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИДРИДНО-КАЛЬЦИЕВОГО ПОРОШКА

Ть№-Та

БодыкН.Т. магистрант

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, шири/ 260696@mail.ru

001:10.24411/9999-004А-2018-10070

Титановые сплавы находят широкое применение в медицине благодаря сочетанию высокой коррозионной стойкости и удельной прочности. В то же время идет постоянное ужесточение требований к материалам, из которых изготавливают имплантаты - это увеличение биохимической и биомеханической совместимости с живым организмом, улучшение их функциональных свойств. Это значит, что они должны содержать исключительно безопасные компоненты, обеспечивать высокую стойкость к коррозии в средах организма, а механические свойства материала должны быть схожи со свойствами костной ткани (обладать модулем упругости 10-40 ГПа). Однако модуль Юнга титана выше 100 ГПа. Следствием этого является снижение механической биосовместимости традиционных титановых имплантатов и снижение срока службы.

Особое место занимают низкомодульные сплавы на основе Т1(7г)-МЬ(Та) со структурой метастабильной бета-фазы, испытывающих при деформации и нагреве мартенситное превращение [1,2]. Они перспективны для применения в медицине для изготовления имплантатов [3], поскольку образующие металлы, а также их оксиды не оказывают негативное влияние на живой организм, что позволяет повысить срок службы.

Однако высокие температуры плавления Та (2996 °С) и ЫЪ (2468 °С), значительно превосходят Тпл титана, что затрудняет технологию выплавки однородных слитков Т1(7г)-МЬ(Та). Поэтому, актуальной является разработка альтернативной технологии получения таких материалов методом порошковой металлургии.

Целью работы являлось подбор режимов прессования и спекания гидридно-кальциевого порошка Т1-МЬ-Та и изучение структуры и свойств, спеченных

штабиков. Химический состав исходного гидридно-кальциевого порошка производства ООО «Метсинтез» приведен в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав гидридно-кальциевого порошка Т1-ЫЪ-Та, масс. %.

Ti Nb Ta O2 Ca N2 Ni А1 S C Fe Cr Zr

56,3 24,2 18,3 0,4 0,24 0,12 0,02 0,01 0,001 0,07 0,04 <0,01 <0,01

Холодное прессование проводили в прессформе прямоугольного сечения при давлениях в диапазоне от 516 МПа до 992 МПа. При наибольшем давлении плотность прессовки составила 4,55 г/см3, а при наименьшем - 3,83 г/см3.

Вакуумное спекание проводили при температуре 1200 °С. При спекании плотность спрессованного штабика при наибольшем давлении увеличилась до значения 5,13 г/см3, а плотность спрессованного штабика при наименьшем давлении - до значения 4,47 г/см3. Затем образцы отжигали 20 минут при температуре 700 °С и закаливали в воду. Методом энергодисперсионного анализа был определен химический состав спеченных образцов. Анализ показал, что состав спеченных заготовок не полностью совпадает с составом исходного металлического порошка, массовая доля титана в среднем уменьшилась на 7 % по сравнению с исходным содержанием, а также имеются области, обогащенные ниобием и танталом. Это может быть связано с недостаточно высокой температурой спекания для гомогенизации прессовки.

По результатам наноиндентирования (рис.1) было установлено, что при увеличении давления прессования значения модуля упругости уменьшались до 82 ГПа, что подтверждает получение сплава Т1-МЬ-Та со свойствами, приближающимися к значениям модуля упругости костной ткани человека. Для более низких значений модуля упругости необходимо дальнейшее изучение режимов спекания, обеспечивающих получение однородного твердого раствора.

а аП 94

i-4 92

и,

т с 90

о

г у 88

р

п у 86

ь

ьлу 84

д

о оМ 82

80

91

89

87

516

674 833

Давление прессования, МПа

82

992

Рис.1. Зависимость модуля упругости образцов от давления прессования по данным индентирования Nano-Hardness Tester (CSM Instr., Швейцария)

Список литературы:

1. Petrzhik M. Dynamics of martensitic structure at TiNb-based quenched alloys under heating and loading // Journal of Physics: Conference Series. 2013. V. 438. №1 P. 0102020-012023.

2. Bulk and porous metastable beta Ti-Nb-Zr(Ta) alloys for biomedical applications / Brailovski V., Inaekyan K., Dubinskiy S., Prokoshkin S., Petrzhik M., Filonov M., Gauthier M. // Materials Science and Engineering: C. 2011. V. 31. № 3. P. 643-657.

3. Шереметьев В.А., Дубинский С.М., Жукова Ю.С., Петржик М.И., Прокошкин С.Д., Пустов Ю.А., Филонов М.Р., Браиловский В. Механические и электрохимические характеристики термомеханически обработанных сверхупругих Ti-Nb-(Ta,Zr) сплавов // Металловедение и термическая обработка. 2013. № 2 (692). С. 43-52.