ВВЕДЕНИЕ 3
1 Влияние состава сплава на структуру и свойства никелида титана 5
1.1 Мартенситные превращения в монолитном никелиде титана при изменении состава
сплава 5
1.2 Мартенситные превращения в пористом никелиде титана 7
1.3 Эффект памяти формы и физико-механические свойства в монолитных и пористых
сплавах на основе никелида титана 9
1.4 Получение сплавов на основе никелида титана плавкой 11
1.5 Самораспространяющийся высокотемпературный синтез сплавов на основе
никелида титана 13
1.6 Метод спекания порошка никелида титана 15
1.7 Влияние легирования различными химическими элементами на мартенситные
превращения и физико-механические свойства сплавов TiNi 16
1.8 Легирование сплавов на основе никелида титана серебром 27
1.9 Влияние серебряного допинга на структуру. Эффект формы памяти в
биосовместимых сплавах TiNi 32
1.10 Диаграммы состояния систем Ti-Ni, Ti-Ag, Ni-Ag 34
2 Постановка задачи. Материалы и методы исследований 39
2.1 Постановка задачи 39
2.2 Материалы и методы исследований 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
ЛИТЕРАТУРА 42
Пористые сплавы на основе никелида титана, полученные методами порошковой металлургии, обладают высокой сквозной пористостью и в ряде случаев демонстрируют эффекты памяти формы и сверхэластичности. Такое сочетание свойств делает эти материалы очень перспективными для использования в медицине, например, в качестве имплантационного материала, поскольку механическое поведение таких сплавов подобно поведению костной ткани, а наличие сквозной пористости позволяет костной ткани прорастать сквозь импланты и надежно фиксировать конструкцию.
Группа монолитных и пористых сплавов на основе никелида титана (TiNi) достаточно широко используется в целом ряде областей медицины и техники за счет высокой биосовместимости и уникальному комплексу свойств, таких как сверхэластичность, эффект памяти формы. Протекание коррозионного процесса в агрессивных биологических средах может приводить к нарушению функционирования изделий из никелида титана, как в результате разрушения, так и ухудшения физико - механических характеристик из-за изменения химического состава поверхности.
В процессе производства имплантатов сплавы на основе никелида титана подвергаются многократным термомеханическим воздействиям, поэтому пластические свойства этих сплавов имеют важное значение в технологических процессах. Поэтому актуальной задачей является поиск оптимального легирующего элемента, включая его критическую концентрацию, при которой сохраняются высокие параметры памяти формы, пластические свойства.
С точки зрения медицинского материаловеденья серебро является перспективным легирующим элементом, благодаря известному антибактериальному эффекту серебра, а также высокой пластичности и способности серебра хорошо деформироваться как в холодном, так и в горячем состоянии.
Интерметаллическое соединение В2-фазы TiNi характеризуется протяженной областью гомогенности до 7 %, где растворимость различных легирующих элементов может варьироваться в широком диапазоне концентраций. Это влияет на образование различных твердых растворов в системе Ti-Ni. Однако, система Ti-Ni-Ag до сих пор остается мало изученной с точки зрения кристаллохимии и кристаллофизики, и нет информации об особенностях взаимодействия между атомами Ti, Ni и Ag. Не установлены границы растворимости серебра в Ti-Ni, при которых образуются твердые растворы TiNi(Ag) и новые интерметаллические соединения, а также не объяснена низкая растворимость Ag в TiNi.
Существуют исследования, посвященные легированию монолитных сплавов TiNi серебром с концентрациями от 0,5 до 9 ат. %. С одной стороны, серебро вводится в никелид титана для придания сплаву новых антибактериальных свойств, а с другой стороны, для увеличения предела текучести и прочности при растяжении. Однако, эффекты памяти формы никелида титана, легированного серебром, были исследованы только при концентрации 1,4 ат. % Ag.
Влияние низких концентраций серебра (менее 0,5 ат. %) на комплекс свойств сплава никелида титана не было исследовано, тем более в пористых сплавах TiNi. Поэтому важно исследовать влияние малых добавок серебра на свойства пористых сплавов никелида титана и определить оптимальный концентрационный интервал для легирования с целью улучшения функциональных свойств.
1. Микроструктура сплавов ситемы TiNiAg состоит из следующих 5 фаз:
1 - TiNi (инерт, остатки порошка никелида титана марки ПН45Т55ОМ);
2 - TiNi - которая образовалась при сплавлении частиц порошков титана и никеля (при
эвтектической реакции);
3 - Ti2Ni, фаза, которая образовалась по перитектической реакции
4 - Фаза, сод. P (предположительно остатки титана, со следами примеси фосфора);
5 - фаза на основе Ag (предположительно чистое сеоребро)
2. Рентгеноструктурный анализ показал наличае 4-х фаз:
1 - Ti4Ni2O, (кубическая сингония, пространственная группа 227, a = 11.328 А);
2 - Ti2Ni, (кубическая сингония, пространственная группа 227, a = 11.333 А);
3 - B19', (моноклинная сингония, пространственная группа 11, a = 4.660 А, b = 4.120 А, c =
2.890 А, в = 97.5);
4 - B2, (кубическая сингония, пространственная группа 221, a = 3.008 А
3. При легировании серебром 0,1 - 0,5 ат. % пористых сплавов TiNi объем матричной B2- фазы снижается с 38 об.% до 14 об.%, объем мартенситной фазы B19' увеличивается с 16 до 22 об.%. Однако, сильнее всего возрастает объем вторичных фаз на основе Ti2Ni с 46 до 64 об.%.
4. Фаз с серебром методами рентгеноструктурного анализа установить не удалось.
5. Влияние на интервалы мартенситных превращений в пористых СВС-сплавах TiNi серебро
не оказывает.
6. Предел прочности на сжатие пористых СВС-сплавов системы TiNiAg от количества добавки серебра не изменился и составил около 70МПа. Максимальная деформация вплоть до разрушения в испытании на сжатие пористых СВС-сплавов системы TiNiAg увеличивалась от 7 до 27 % с ростом концентрации серебра 0-0,2-0,5 ат. % Ag соответственно. Причины аномального роста пластичности установить не удалось.
