Ходурська Ірина Володимирівна. Технологія одержання конструкційних та корозійностійких сплавів на основі кольорових металів для біологічно активних середовищ

Краткое описание

Ходурська Ірина Володимирівна. Технологія одержання конструкційних та корозійностійких сплавів на основі кольорових металів для біологічно активних середовищ: дис... канд. техн. наук: 05.16.03 / Запорізька держ. інженерна академія. - Запоріжжя, 2004.

Ходурська Ірина Володимирівна. Технологія одержання конструкційних і корозійностійких сплавів на основі кольорових металів для біологічно активних середовищ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.03- «Металургія кольорових металів». Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2004.
Уперше сформульовано вимоги і запропоновано науково-обґрунтовану систему використання кольорових металів для виготовлення імплантатів і хірургічного інструменту. Проведено комплексне дослідження фізичних, фізико-хімічних, механічних, термодинамічних, корозійних властивостей кольорових металів імплантатів, на підставі чого створено систему інтегральної оцінки комплексу властивостей і запропоновано критерій вибору конкурентноздатного металу для його використання в біологічно активних середовищах.
За результатами порівняльних досліджень процесів плавки титанових сплавів методом вакуум-дугового та електронно-променевого переплаву доведено перевагу електронно-променевої плавки для одержання більш чистих по домішках сплавів. Загальна сума газових домішок зменшується в ~ 5 разів, а з урахуванням випару Fe і Si у 4,5 рази. Розроблено режими нагрівання, термічної обробки титанових сплавів (ЕПП), при яких отримано більш високі механічні властивості прутків діаметром 50 мм (1,1 т), чим у зливках ВДП. Установлено, що основну роль відіграло використання більш чистого металу по домішках і неметалічних включеннях, а також застосування науково-обґрунтованих технологічних процесів обробки на кожному етапі від зливка до товарного виробу. Доведено, що метод електронно-променевої плавки є єдиним способом у даний час для одержання чистих металів для використання в біологічно активних середовищах.

1. Уперше проведено аналітичне комплексне дослідження фізичних, фізико-хімічних, механічних, термодинамічних, корозійних властивостей 10 кольорових металів імплантатів, на підставі чого створено систему інтегральної оцінки комплексу властивостей та запропоновано критерій вибору конкурентноздатного металу для використання в біологічно активних середовищах.
2. Уперше сформульовано вимоги і запропоновано науково-обґрунтовану систему використання кольорових металів для виготовлення імплантатів.
3. На підставі вивчення комплексу перелічених вище властивостей визначено два метали, а саме, титан і цирконій, найбільш придатних як матеріали для використання в біологічно активних середовищах.
4. У дисертаційній роботі установлено вплив стану титанового сплаву ВТ1-0 литого, гарячекатаного, холоднокатаного, загартованого, відпаленого на корозійну стійкість у модельному середовищі. У якості модельного обрано водяний розчин із хлор іоном (3% NaCl), оскільки він імітує біологічно активне середовище.
5. Порівнянням корозійної стійкості титану та нержавіючої сталі в 3%-ном розчині NaCl доведено істотну перевагу використання титану для імплантатів. Запропоновано механізм унікальної стійкості титану в 3%-ном розчині NaCl, а також механізм виникнення піттінгової, міжкристалітної корозії і корозії під напругою зразків нержавіючої сталі Х18Н10Т, широко застосовуваної дотепер у біологічно активних середовищах.
6. Проведено дослідження впливу складу, структури, властивостей, у тому числі технологічних при термоциклюванні у воді (131 цикл) 7 титанових сплавів. За результатами механічних випробувань визначено 3 групи сплавів, два з яких рекомендовано для використання у якості імплантатів - ВТ1-0 і ВТ6, виплавлених електронно-променевим способом.
7. За результатами порівняльних досліджень процесів плавки зливків титанових сплавів методом вакуум-дугового й електронно-променевого переплаву доведено перевагу електронно-променевої плавки для одержання більш чистих по шкідливих домішках сплавів, призначених для використання в біологічно активних середовищах.
8. Установлено, що при електронно-променевій плавці кількість кисню в зливках із ВТ1-0 і ВТ6 зменшується в залежності від марки титанового сплаву в ~ 25...10; азоту в ~ 5...7,6; вуглецю в ~ 4,4...1,6; водню в ~ 2...3 рази в порівнянні з металом, отриманим методом ВДП. Загальна сума газів зменшується в ~ 5 разів, а з урахуванням випаровування Fe і Si у 4,5...5 разів.
9. Установлено причини і вперше запропоновано механізми виведення домішок і неметалічних включень з розплавів титану при електронно-променевій плавці, що визначило вибір даного способу виробництва титанових зливків, призначених для одержання напівфабрикатів, з яких виготовляються імплантати. У зв'язку з делегуванням титанового сплаву ВТ6 по алюмінію запропоновано можливі шляхи подавлення прискореного випару Al при плавці ЕПП.
10. Уперше досліджено залежності величин пружності насиченої пари титану і всіх його легуючих елементів і шкідливих домішок від температури нагрівання у вакуумі з різними залишковими тисками (Рзал). Визначено границі Рзал-Т, що рекомендуються для глибокого очищення титану у вакуумі при електронно-променевій плавці зливків, призначених для подальшого виготовлення з них імплантатів. Уперше було запропоновано ряд послідовно селективного видалення шкідливих домішок з титану при електронно-променевій плавці відповідно до їх термодинамічних властивостей.
11. Дериватографічними і металографічними дослідженнями визначено температури газовиділення і газопоглинання, структурних і фазових перетворень у титановому сплаві ВТ6 (ЕПП) з метою розробки нових технологій обробки зливків з титанових сплавів. Розроблено режими нагрівання, термічної обробки, при яких отримано більш високі механічні властивості прутків діаметром 50 мм, чим за ДСТУ на сплав ВТ6 (ВДП). Доведено, що основну роль зіграло використання більш чистого металу по домішках і неметалічних включеннях, а також застосування науково-обґрунтованих технологічних процесів обробки на кожнім етапі від зливка до товарного виробу. Це дозволило одержати дрібнозернистий метал із високою дисперсністю структурних складових.
12. Доведено, що метод електронно-променевої плавки є єдиним способом у даний час для одержання чистих металів для імплантатів тривалого використання в біологічно активних середовищах.