Технология получения наноструктурного и субмикрокристаллического титана медицинского назначения
Разработаны технология и оборудование для опытно-промышленного производства заготовок (пруток диаметром 5,5-10,0 мм и длиной 1 м и более) наноструктурного и субмикрокристаллического титана ВТ1-0. Технология включает деформационную обработку исходной заготовки титана комбинированным методом интенсивной пластической деформации, состоящей из многократного одноосного прессования в пресс-форме или abc-прессования, многоходовой прокатки и низкотемпературного отжига. Данная технология обеспечивает достижение заданного наноструктурного или субмикрокристаллического состояния в титане с однородной структурой всему объему заготовки и с характерным размером зеренной-субзеренной структуры до 100 нм и менее и повышение механических свойств титана до уровня механических свойств, соответствующие титановым сплавам медицинского применения как ВТ6, ВТ16
Титан ВТ1-0 (ВТ1-00) в наноструктурном / субмикрокристаллическом состоянии обладает механическими свойствами, сопоставимыми со свойствами легированных титановых сплавов.
Механические характеристики титана и титановых сплавов
Материал |
S0,2 МПа |
SB, МПа |
S0, МПа |
d, % |
Hm, МПа |
Крупнокристаллический титан ВТ1-0 |
270 |
400 |
280 (105 циклов) |
23 |
1700 |
Субмикрокристаллической титан ВТ1-0 |
900 |
1000 |
- |
- |
2700 |
Наноструктурный титан ВТ1-0 |
1100 |
1160 |
280 (2×106 циклов) |
6 |
3300 |
Титан марки Grade 4 (США) |
480 |
550 |
- |
15 |
4200 |
Сплав ВТ-6 |
1010 |
1100 |
570 |
>6 |
3500 |
Сплав ВТ-16 |
1000 |
1050 |
- |
>10 |
3400 |
S0,2 - предел текучести; SB - предел прочности; d - пластичность при растяжении; S0 - предел выносливости; Hm - микротвердость.
Предлагаемая технология позволяет получать наноструктурное и субмикрокристаллическое состояние в титане с применением широко используемого промышленного оборудования (прессы, штампы, прокатные станы и т.п.) с однородной структурой по всему объему заготовки. Титановые заготовки с наноструктурным и субмикрокристаллическим состояниями имеют размеры, достаточные для изготовления различных имплантатов широкой номенклатуры медицинского назначения. Наноструктурный и субмикрокристаллический титан ВТ1-0 не содержит токсичных для организма легирующих элементов, имеет высокие механические свойства, сопоставимые с титановыми сплавами, применяемыми в медицине (ВТ6, ВТ16).
Область применения
Производство имплантатов для дентальной имплантология, челюстно-лицевой хирургии, травматологии и другие возможные области применения.
Основными преимуществами наноструктурного и субмикрокристаллического титана перед традиционным крупнокристаллическим титаном и титановыми сплавам являются: высокая прочность при сохранении на удовлетворительном уровне пластичности, высокая усталостная прочность, высокая биосовместимость, отсутствие токсичных для организма легирующих элементов.