Титановый сплав 3М: характеристики, применение | Справочник
Титановый деформируемый сплав 3М — легированный сплав титана. Производится в виде сортового проката, полуфабрикатов и деталей специальной техники.
Области применения изделий из титана:
- судо-, ракетостроение и авиапромышленность;
- химические и оборонные области промышленности;
- автомобилестроение;
- медицина и прочие отрасли.
Технические параметры, например, высокая удельная прочность титана в частности сплава 3М известна и нашла своё применение в авиации, ракетостроении и космической технике, за счёт антикоррозийности, надёжности и долговечности. Титановые сплавы широко используются также в химической промышленности, морском судостроении и вообще цветной металлургии, так-как при его применении значительно снижается металлоемкость в расчете на единицу оборудования. Сроки эксплуатации техники возрастают в 10-15 раз.
Характеристика материала 3М
| Марка : | 3М |
| Титановый деформируемый сплав | |
| Применение: | для производства сортового проката, изготовления слитков и полуфабрикатов и изготовления деталей специальной техники. |
| Зарубежные аналоги: | Нет данных |
Химический состав в % материала 3М
ГОСТ 1-9207 — 91
| Fe | C | Si | N | Ti | Al | Zr | O | Примесей |
| до 0.25 | до 0.1 | до 0.12 | до 0.04 | 93.89 — 96.2 | 3.5 — 5 | до 0.3 | до 0.15 | прочих 0.3 |
Примечание: Ti — основа; процентное содержание Ti дано приблизительно
Титановые трубы: сплав, вес, диаметр
Металлические сплавы чрезвычайно широко используются, в том числе и для получения проката. Стальные, медные, латунные, бронзовые, чугунные – все находят свое применение. Но если требуется сочетание исключительной прочности и легкости, то используют изделия из титанового сплава.
Титановые трубы
Материал из титана
Титан – металл исключительной прочности. Кроме того, он не поддается никаким видам коррозии и переносит очень высокие температуры. По своим конструкционным и прочностным характеристикам металл не знает равных. Однако его редкость и, соответственно, высокая стоимость, ограничивают область применения.
Сплав титана
Однако в народном хозяйстве чаще используются титановые сплавы, поскольку такие материалы обладают дополнительными достоинствами и несколько дешевле.
Все известные составы можно разделить на 3 категории:
- конструкционные – отличаются самой высокой прочностью и стойкостью к несущим нагрузкам. Легирующие добавки обеспечивают материалу пластичность, что расширяет область применения изделий;
- жаропрочные – введение некоторых компонентов увеличивают и без того высокую жаростойкость титана. Изделия этой категории применяют в космостроении, при строительстве реактивных самолетов, а также в газо- и нефтедобывающей промышленности;
- технические – составы, в которых благодаря включению кислорода, азота, углерода и железа, пластичность больше, а прочность меньше.
Такие материалы используются для многочисленных хозяйственных нужд. Труба из титанового сплава – один из образцов применения.
Такие материалы используются для многочисленных хозяйственных нужд. Труба из титанового сплава – один из образцов применения.Известные составы
Чаще всего потребитель имеет дело с техническим титаном. Трубопроводы разного сечения –30*1, 63*1, изготавливаются именно из таких материалов.
- ВТ1-00 – включает примеси железа, кислорода, азота и прочего. Прочность его по сравнению с конструкционным титаном заметно ниже, однако для нужд строительства или инженерных коммуникаций более чем достаточно. ВТ1-00 включает меньше примесей, это означает, что его прочность несколько выше, а пластические свойства ниже.
- Титановые трубы ВТ1-0 широко используются в химической промышленности, где нечувствительность к агрессивным химическим веществам требуется в большей степени, чем прочность. В строительстве трубы применяют на самых ответственных участках благодаря тем же свойствам – стойкости к коррозии и нечувствительности к кислотам, щелочам и солям.
Титановые трубы ВТ1-0
ВТ1-0 обладает очень высокой пластичностью. Это позволяет получить прокат с очень тонкими стенками. Из материала изготавливают титановую фольгу.
- ВТ5 – состав, легированный алюминием. Этот ингредиент повышает коэффициент упругости и жаростойкость титана. Материал предпочтительнее использовать для фасонного литья. ВТ5 применяют в самолетостроении, для изготовления элементов управления и прочего.
- ВТ5-1 – модифицируется алюминием и оловом. По прочности он превышает ВТ1-0, но по пластичности уступает, и используется в основном для изготовления штампованной и прессованной продукции: прутков, труб, листов.
- ОТ4-0 – состав легируется марганцем и отличается невысокой – относительно, прочностью и технологичностью. Из ОТ4-0 изготавливают множество заготовок: листы, прутки, поковки. Термически не уплотняются, но сваривается любыми видами сварки. Применяется при изготовлении трубопроводов холодной и горячей деформацией.
Трубы ОТ4-0
Характеристики титановых труб
Обычной проблемой конструкционных материалов является несовместимость прочности и малого веса. Титан решает эту проблему, причем касается это всех видов проката, в том числе и трубопроводов любого размера.
Преимущества его очевидны:
- исключительная прочность и долговечность – материал превосходит по этим параметрам практически все известные составы;
- устойчив к любому механическому, термическому и химическому воздействию;
- поверхность изделия из титана исключительно гладкая, на ней не могут откладываться соли, задерживаться мусор;
- пластичность и твердость титана гарантируют абсолютную точность размеров – диаметра, толщины стенок, и геометрии изделия;
- свои качества материал не теряет на протяжении многих десятилетий эксплуатации.
К недостаткам трубопровода относят только стоимость – очень высокую.
Автомобильные трубы из титана
Технические характеристики по ГОСТ
Параметры проката из титана регламентирует несколько ГОСТов.
Так, свойства сварных изделий описывает ГОСТ 24890-81, а прокат, полученный холоднодеформированным методом – ГОСТ 22897. Кроме того, документ нормирует и размеры, и вес изделий.
Титановые трубы по ГОСТ обладают следующими характеристиками:
- диаметры – бесшовный трубопровод выполняется с размерами от 5,8 до 140 мм в сечении. Как правило, это тонкостенные изделия – с толщиной от 0,5 до 0,9 мм, например, 63*1. Сварные могут иметь сечение от 6 до 102 мм, а толщина стенки достигает 1,5–2 мм. Их относят к толстостенному трубопроводу;
- вес – определяется диаметром и толщиной стенки изделия. Так, вес 1 м изделия диаметров 25 мм и толщиной стенки в 2 мм – толстостенная труба, составляет 650 г;
- титановые трубы по ГОСТ 24890-81 выполнятся из сплавов ОТ4-0 и ВТ1-0. Сварные по ГОСТ 22897 изготавливаются из ВТ1-0 и ПТ7М.
Изготовление проката
Из титана производят как бесшовные, так и шовные водоводы. Метод изготовления оказывает влияние на характеристики готовых изделий.
На фото – образцы продукции.
- Сварка титановых труб – изделия получают сваркой заготовки из металлического листа. Материал прекрасно переносит сварку, швы мало чем уступают прочности самого листа. Однако такой метод изготовления исключает термическую и механическую обработку, а потому и прокат обладает меньшей прочностью, по сравнению с бесшовной продукцией.
(PDF) ШЛИФОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ.
19
www.ritm-magazine.ru
№ 5 • 2018 • РИТМ машиностроения
ОБОРУДОВАНИЕ
торые предназначены для применения в качестве лопа-
стей в турбине низкого давления реактивного двигателя.
На рис. 1 наглядно показано, в каких именно частях ре-
активного двигателя компания IHI Corporation рекоменду-
ет применять детали из титановых сплавов.
В настоящее время основное внимание обращено
на создание сплавов на основе алюминидов титана, ко-
торые смогли бы обеспечить новый уровень жаропроч-
ности, термической стабильности и жаростойкости [3].
Лопатки из алюминида титана предназначены для при-
менения в качестве лопастей в турбине низкого давления
реактивного двигателя.
Т. о. низкая плотность, высокая удельная прочность,
твердость и коррозионная стойкость сделали титановые
сплавы основным и незаменимым конструкционным ма-
териалом для деталей ГТД. Главное же, что эти свойства
не меняются существенно при высоких температурах
до 550–600°C.
ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
РЕЗАНИЕМ И ШЛИФОВАНИЕМ
Известно, что обрабатываемость — это технологи-
ческое свойство материала, определяющее его спо-
собность подвергаться резанию. Обычно, по данным
ОАО «ВНИИАЛМАЗ», обрабатываемость оценивают
сравнением какого-либо технологического показателя
(стойкости инструмента, количества обработанных де-
талей, достижимых сил или скорости резания К
V
и т. д.)
с аналогичным показателем эталонного материала, вы-
ражая ее относительными коэффициентами К
V
(см.
таб-
лицу 2).
Силы резания при обработке титановых сплавов на-
ходятся на том же уровне, что и у сталей, а более низкая
их обрабатываемость связана с меньшей теплопрово-
дностью и высоким коэффициентом трения, увеличи-
вающими температуру в зоне резания. Кроме того, ти-
тановые сплавы имеют почти в 2 раза меньший модуль
упругости, что снижает жесткость деталей и способству-
ет возникновению вибраций, особенно при жестких ре-
жимах обработки. Высокая химическая активность тита-
на является причиной повышенного химического износа
инструмента.
Принято считать [5], что титан с трудом поддается эф-
фективной механической обработке. Но это нетипично,
учитывая уровень развития современных инструментов
и методов обработки. Трудности отчасти возникают отто-
го, что механическая обработка титана — новая область
и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, про-
блемы нередко носят относительный характер — в срав-
нении с ожиданиями или иным опытом, который касается
обработки таких материалов, как чугун, низколегирован-
ные стали, отдельные сорта нержавеющей стали, предъ-
являющих более низкие требования.
Первоначальный опыт [6] показал, что шлифование
титана связано со следующими трудностями:
1. Исключительно высокий износ шлифовального
круга, вызывающий нарушение контакта между кругом
и обрабатываемой деталью.
2. Высокие температуры, приводящие к снижению
стойкости шлифовального круга и прижогу поверхности
титана.
3. Налипание титана на шлифовальный круг и сниже-
ние его абразивного действия.
4. Результатом совместного воздействия указанных
выше факторов (особенно в п. 2) является плохое каче-
ство поверхности обрабатываемой детали.
Образование прижога на титановых сплавах связа-
но с развитием зоны окисных, гидроокисных, нитридных
пленок и зоны структурнофазовых превращений. Осо-
бенно это характерно для сухого шлифования, при кото-
ром появляются окисные пленки различных оттенков [7].
Под ними лежит слой, не имеющий явного кристалличе-
ского строения. Глубина этого слоя зависит от интенсив-
ности прижога и составляет десятые и даже сотые доли
микрона.
Прижоги обуславливаются среднеконтактными тем-
пературами шлифования. Даже в тех случаях, когда в по-
верхностных слоях титановых сплавов после их шлифо-
вания не обнаружены заметные структурные изменения,
нельзя утверждать, что поверхностный слой титановых
сплавов не претерпевает структурных превращений по-
сле шлифования.
Многочисленные исследования подтверждают низ-
кую обрабатываемость титановых сплавов шлифовани-
ем. В опубликованных работах содержатся противоречи-
вые сведения по целесообразности применения тех или
иных абразивных материалов, отмечается сложность
вопроса обеспечения качества поверхностного слоя из-
за особенностей структуры титановых сплавов. Иными
словами, шлифование титановых сплавов — достаточно
новая, плохо изученная область теории и практики шли-
фования металлов.
ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ
TI-СПЛАВОВ
Исследованиями, выполненными в Волжском филиа-
ле ВНИИАША, установлено, что при обработке деталей
из различных титановых сплавов нали-
пание титана происходит на все абра-
зивные зерна независимо от их природы
[8].
С другой стороны, известно непре-
ложное правило, что химический состав
абразивного материала круга определя-
ется диффузионной и адгезионной ак-
тивностью его по отношению к обраба-
тываемому материалу [9].
ПРИМЕНЕНИЕ ШЛИФОВАЛЬНЫХ
КРУГОВ ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯ
По мнению авторов работ [10, 11], для
шлифования титановых сплавов в ка-
честве абразивных материалов обычно
Материалы Марки материалов К
V
(по сравнению
со сталью 45)
Алюминиевые сплавы 1,2…2,5
Нержавеющие и жаропрочные
стали
1Х12Н2ВМФ
ЭП 573 Ш
0,60
0,26…0,3
Титановые сплавы ВТ1, ВТ5, ВТ5-1
ВТ6, ВТ20, ВТ22
0,35…0,48
0,22…0,26
Жаропрочные никелевые
сплавы: деформируемые
литейные
ХН77ТЮР, ХН73МБТЮ
ЖС6КП, ВЖЛ12-У,
ВЖ36-Л2, ЖС32-ВП
0,14…0,22
0,07…0,35
Тугоплавкие металлы и сплавы:
вольфрам, тантал, молибден
0,03…0,05
Таблица 2
Деформируемые титановые сплавы — Энциклопедия по машиностроению XXL
Химический состав и механические свойства деформируемых титановых сплавов в состоянии отжига или горячего проката [c.
196]Деформируемый титановый сплав марки ВТЗ-1 относится к сплавам системы титан — алюминий — хром — молибден. [c.374]
Деформируемый титановый сплав марки ВТ4 относится к системе титан — алюминий — марганец. Химический состав сплава приведен в табл. 10.
Деформируемый титановый сплав марки ВТ8 относится к сплавам системы титан — алюминий — молибден. Химический состав сплава приведен в табл. 10, механические и физические свойства — в табл. 11. Сплав ВТ8 предназначен для изготовления кованых и штампованных деталей и является наиболее жаропрочным из приводимых в данной статье сплавов. Механические свойства сплава ВТ8 при повышенных температурах приведены в табл. 21. [c.380]
Химический состав (в %) промышленных деформируемых титановых сплавов ЬСТ 19807-74) [c.297]
Деформируемые титановые сплавы.
Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала, а также снижающим его плотность (табл. 8.8 ).
[c.195]
Деформируемые титановые сплавы [c.702]
Характеристики физических свойств деформируемых титановых сплавов при 20° С зависят от их состава и обычно колеблются в следующих пределах [c.531]
Характеристики механических свойств деформируемых титановых сплавов при комнатной температуре приведены в табл. 130—133, а по значением a i — в табл. 136. [c.531]
В табл. 134—137 приведены характеристики механических свойств деформируемых титановых сплавов в зависимости от температура. [c.533]
Содержание легирующих элементов (%) в промышленных деформируемых титановых сплавах
[c.
534]
Кратковременная прочность деформируемых титановых сплавов и предельные температуры их эксплуатации [c.541]
Характеристики механических свойств деформируемых титановых сплавов ври низких температурах [c.544]
Классификация деформируемых титановых сплавов по параметрам, характеризующим области применения [c.547]
| Табл. 1. — Механич. свойства поковок и штамповок на деформируемых титановых сплавов |
Титановые сплавы. На заводах отечественного машиностроения освоена ковка, штамповка и прессование деформируемых титановых сплавов, состоящих из титана и его сплава с алюминием, железом, хромом, молибденом, ванадием и другими элементами.
Деформируемые титановые сплавы ВТЗ, ВТЗ-1, ВТ8 применяют для ковки и штамповки заготовок и деталей, воспринимающих и несущих при эксплуатации тяжелые нагрузки при высоких и сверхнизких температурах. Титановые сплавы куют и сваривают в защитной среде и в вакууме.
[c.139]
Температуру рабочей камеры печи постоянно контролируют стационарной термопарой, так как колебания температуры не должны превышать 20° С. Температурные интервалы ковки некоторых деформируемых титановых сплавов приведены в табл. 26. [c.283]
Снлав ВТ4 относится к числу деформируемых титановых сплавов предназначается преимущественно для изготовления листов, лент и полос. Температура горячей обработки 1050—850. Термической обработкой не упрочняется. Удовлетворительно [c.776]
L3. Характеристики деформируемых титановых сплавов [c.36]
Таким образом, области применения титановых жаропрочных деформируемых и литейных сплавов расширяются и в настоящее время разработаны около 30 марок. Классификация титановых сплавов по их способу применения в промышленности приведена на рис. 141. [c.293]
Все другие механические свойства в большей или меньшей степени структурно, чувствительны и анизотропны.
Резкая анизотропия упругих и других механических характеристик присуща многим неметаллическим материалам, что определяется их ориентированным строением. Некоторая анизотропия свойственна и большинству металлических материалов. Уровень прочности, пластичности, выносливости и характеристик разрушения обычно в продольном направлении относительно оси деформации полуфабриката выше, чем в поперечном. Однако для некоторых, например титановых, сплавов характерна обратная анизотропия. Наблюдается значительная разница в пределах текучести при растяжении и сжатии у большинства магниевых деформируемых сплавов
По технологии обработки титановые сплавы делятся на деформируемые и литейные. [c.76]
Деформируемый сплав, обладающий наивысшей жаропрочностью из всех титановых сплавов, хорошо куется, прокатывается, штампуется [c.183]
Зависимость модулей упругости деформируемых титановых сплавов срсл-ней прочности от температуры испытания.
[c.334]
ТИТАНОВЫЕ СПЛАВЫ ЛИТЕЙНЫЕ — сплавы, предназначаемые для изготовления деталей методом фасонного литья. Для этих целей наибольшее применение папши однофазные а-сплавы ВТ1-1 и ВТ5и спец. литейный сплав ВТЛ-1 (хим. сост.— см. Титановые сплавы). Преимущество указанных сплавов заключается в-отличной свариваемости, высокой термич. стабильности после длит, выдержек при повышенных (до 500°) темп-рах, а также высокой пластичности в лигом состоянии. Почти все деформируемые титановые сплавы могут применяться в качестве литейных, т. к. обладают хорошими литейными свойствами и сохраняют достаточно высокий уровень пластичности в литом состоянии. [c.335]
Деформируемые титановые сплавы в зависимости от иазиачеиия и физикомеханических свойств разделяют иа четыре группы. [c.46]
Практически все деформируемые титановые сплавы могут применят ся в качестве литейных материалов.
Наиболее часто для изготовления деталей методом литья применяется сплав ВТб и технический титан (ВТ1-1). Металл для фасонного литья выплавляют в вакуумных дуговых печах с графитовым тиглем, покрытым гарнисса-жем. Заливка металла и охлаждение форм производятся либо в атмосфере инертных газов, лпбо в вакууме. Формы изготовляют из графита, керамических материалов или металлов, которые не взаимодействуют с титаном и титановыми литейными сплавами.
[c.389]
Разработанные номенклатуры титановых сплавов в 60-е годы составили не более 10 марок, из них три марки сплавов — литейные ВТ1Л, ВТ5-1Л ВТЗЛ деформируемые ВТЗ-1, ВТ8, ЛТ6, АТ8 относятся к жаропрочным сплавам. Прочность титановых сплавов по сравнению с алюминиевыми приведена на рис. 139. [c.292]
Обычная коррозионная стойкость материала не является показательной в отношении склонности его к коррозионному растрескиванию. Известно, например, что высокопрочные деформируемые сплавы системы А1—Zn—Mg при хорошей общей коррозионной стойкости обладают высокой чувствительностью к КПН, особенно в зоне сварных соединений, что затрудняет их применение [64].
Углеродистые и малолегированные стали весьма стойки к общей коррозии в щелочной среде при повышенных температурах, в то же время они склонны к КПН в этих средах. Наоборот, многие магниевые сплавы, весьма чувствительные к общей коррозии, не проявляют существенной склонности к разрушению типа КПН, то же можно сказать о широко распространенном алюминиевом сплаве АК4 и др. Вместе с тем каверны, язвы и другие коррозионные повреждения, являясь концентраторами напряжений, часто служат очагами коррозионного растрескивания. Если материал склонен и к общей коррозии, и к КПН, трудно разделить эти два процесса как в начальной стадии, так и при развитии разрушения. Так, коррозионное растрескивание титановых сплавов ВТ6, ВТ 14 (термоупрочненного)
[c.73]
Жаропрочные деформируемые сплавы и сталь ЭИ961 в исходном состоянии получены в виде прутков диаметром 32—45 мм, титановый сплав ВТ9 — диаметром 40 мм, а сплав ЖС6К — в виде литых стержней диаметром 18 мм. [c.67]
Жаропрочные сплавы обладают большей склонностью к упрочнению, чем конструкционные стали.
Уровень остаточных напряжений при гидр одробеструйной обработке жаропрочного деформируемого сплава ХН77ТЮР примерно в 3 раза, а титанового сплава ВТЗ-1 — в 1,6—1,7 раза выше, чем стали 40ХНМА. Выше эффективность упрочнения и по приросту усталостной прочности. Характерным для указанных сплавов является их высокая чувствительность к изменению напряженного состояния поверхностного слоя, к появлению как растягивающих, так и сжимающ,их остаточных напряжений, возникающих под действием сил и нагрева во время обработки резанием. Поскольку условия обработки резанием различных участков детали неодинаковы, различны (по знаку и величине) и напряжения, возникающие при ней. Неравномерность в распределении напряжений приводит к снижению прочностных характеристик деталей. Устранить эту неравномерность можно лишь последующим поверхностным упрочнением.
[c.101]
Нагрев деформируемого материала значительно увеличивает его пластичность и применяется для улучшения штампуемости высокопрочных титановых сплавов (Од > 85 кПмм ).
Штамповку сплавов низкой и средней прочности (сГд = 45 — 85 кГ/мм ) рационально проводить в холодном состоянии с учетом допустимой степени деформации, применяя в случае необходимости межопера-ционный отжиг материала при 600—750° С.
[c.191]
Автор совместно с О.С.Калаханом исследовал электрохимические характеристики циклически деформируемых в растворах хлоридов образцов из титановых сплавов ВТ5 и ВТ14 при постоянной зачистке поверхности различными материалами. Элементы зачистки в виде брусков прижимались к поверхности вращающегося образца при давлении 5 МПа. Образец вращался с частотой 50 Гц, что соответствует линейной скорости разрушения оксидной пленки 0,485 м/с и времени взаимодействия постоянно обновляемой поверхности с коррозионной средой 3,3 10 с. Элект-тродный потенциал свежеобразованной поверхности сплава ВТ14, получен- [c.156]
Нами показано, что постоянное разрушение оксидной пленки резко снижает сопротивление коррозионной усталости образцов из титановых сплавов в присутствии 3 %-ного раствора Na I.
Изучение закономерности изменения электродного потенциала системы циклически деформируемый элемент — элемент зачистки показало (рис. 87), что в начальный мо-
[c.157]
Титановые сплавы (Реферат) — TopRef.ru
Содержание
Содержание — 1 —
Титан и его модификации. — 2 —
Структуры титановых сплавов. — 2 —
Особенности титановых сплавов. — 3 —
Влияние примесей на титановые сплавы. — 4 —
Основные диаграммы состояния. — 5 —
Пути повышения жаропрочности и ресурса. — 7 —
Повышение чистоты сплавов. — 8 —
Получение оптимальной микроструктуры. — 8 —
Повышение прочностных свойств термической обработкой. — 8 —
Выбор рационального легирования. — 10 —
Стабилизирующий отжиг. — 10 —
Используемая
литература.
— 12 —
Титан и его модификации.
Титан является переходным металлом и имеет недостроенную d-оболочку. Он находится в четвертой группе Периодической таблицы Менделеева, имеет атомный номер 22, атомную массу 47,90 (изотопы: 46 — 7,95%; 48 — 73,45%; 49 — 5,50% и 50 — 5,35%). Титан имеет две аллотропические модификации: низкотемпературную α-модификацию, имеющую гексагональную атомную ячейку с периодами а=2,9503±0,0003 Ǻ и с=4,6830±0,0005 Ǻ и соотношением с/а=1,5873±0,0007 Ǻ и высокотемпературную β — модификацию с объемно центрированной кубической ячейкой и периодом а=3,283±0,003 Ǻ. Температура плавления титана, полученного методом иодидного рафинирования, равна 1665±5°С.
Структуры титановых сплавов.
Титан
подобно железу является полиморфным
металлом и имеет фазовое превращение
при температуре 882°С. Ниже этой температуры
устойчива гексагональная плотноупакованная
кристаллическая решетка α-титана,
а выше – объемно центрированная
кубическая (о.
ц. к.) решетка β-титана.
Титан упрочняется легированием α- и β-стабилизирующими элементами, а также термической обработкой двухфазных (α+β)-сплавов. К элементам, стабилизирующим α-фазу титана, относятся алюминий, в меньшей степени олово и цирконий. α-стабилизаторы упрочняют титан, образуя твердый раствор с α-модификацией титана.
За последние годы было установлено, что, кроме алюминия, существуют и другие металлы, стабилизирующие α-модификацию титана, которые могут представлять интерес в качестве легирующих добавок к промышленным титановым сплавам. К таким металлам относятся галлий, индий, сурьма, висмут. Особый интерес представляет галлий для жаропрочных титановых сплавов благодаря высокой растворимости в α — титане. Как известно повышение жаропрочности сплавов системы Ti – Al ограничено пределом 7 – 8% вследствие образования хрупкой фазы. Добавкой галлия можно дополнительно повысить жаропрочность предельнолегированных алюминием сплавов без образования α2-фазы.
Алюминий
практически применяется почти во всех
промышленных сплавах, так как является
наиболее эффективным упрочнителем,
улучшая прочностные и жаропрочные
свойства титана.
В последнее время
наряду с алюминием в качестве легирующих
элементов применяют цирконий и олово.
Цирконий положительно влияет на свойства сплавов при повышенных температурах, образует с титаном непрерывный ряд твердых растворов на основе α – титана и не участвует в упорядочении твердого раствора.
Олово, особенно в сочетании с алюминием и цирконием, повышает жаропрочные свойства сплавов, но в отличие от циркония образует в сплаве упорядоченную фазу .
Преимущество титановых сплавов с α-структурой – в высокой термической стабильности, хорошей свариваемости и высоком сопротивлении окислению. Однако сплавы типа α чувствительны к водородной хрупкости ( вследствие малой растворимости водорода в α-титане) и не поддаются упрочнению термической обработкой. Высокая прочность, полученная за счет легирования, сопровождается низкой технологической пластичностью этих сплавов, что вызывает ряд трудностей в промышленном производстве.
Для
повышения прочности, жаропрочности и
технологической пластичности титановых
сплавов типа α
в качестве легирующих элементов наряду
с α-стабилизаторами
применяются элементы, стабилизирующие
β-фазу.
Элементы из группы β-стабилизаторов упрочняют титан, образуя α- и β-твердые растворы.
В зависимости от содержания указанных элементов можно получить сплавы с α+β- и β-структурой.
Таким образом, по структуре титановые сплавы условно делятся на три группы: сплавы с α-, (α+β)- и β-структурой.
В структуре каждой группы могут присутствовать интерметаллидные фазы.
Преимущество двухфазных (α+β)-сплавов – способность упрочняться термической обработкой (закалкой и старением), что позволяет получить существенный выигрыш в прочности и жаропрочности.
Особенности титановых сплавов.
Одним
из важных преимуществ титановых сплавов
перед алюминиевыми и магниевыми сплавами
является жаропрочность, которая в
условиях практического применения с
избытком компенсирует разницу в плотности
(магний 1,8, алюминий 2,7, титан 4,5).
Превосходство титановых сплавов над
алюминиевыми и магниевыми сплавами
особенно резко проявляется при
температурах выше 300°С.
Так как при
повышении температуры прочность
алюминиевых и магниевых сплавов сильно
уменьшается, а прочность титановых
сплавов остается высокой.
Титановые сплавы по удельной прочности (прочности, отнесенной к плотности) превосходят большинство нержавеющих и теплостойких сталей при температурах до 400°С – 500°С. Если учесть к тому же, что в большинстве случаев в реальных конструкциях не удается полностью использовать прочность сталей из-за необходимости сохранения жесткости или определенной аэродинамической формы изделия (например, профиль лопатки компрессора), то окажется, что при замене стальных деталей титановыми можно получить значительную экономию в массе.
Еще сравнительно недавно основным критерием при разработке жаропрочных сплавов была величина кратковременной и длительной прочности при определенной температуре. В настоящее время можно сформулировать целый комплекс требований к жаропрочным титановым сплавам, по крайней мере для деталей авиационных двигателей.
В
зависимости от условий работы обращается
внимание на то или иное определяющее
свойство, величина которого должна быть
максимальной, однако сплав должен
обеспечивать необходимый минимум и
других свойств, как указано ниже.
1. Высокая кратковременная и длительная прочность во всем интервале рабочих температур. Минимальные требования: предел прочности при комнатной температуре 100· Па; кратковременная и 100-ч прочность при 400° С – 75· Па. Максимальные требования: предел прочности при комнатной температуре 120· Па, 100-ч прочность при 500° С – 65· Па.
2. Удовлетворительные пластические свойства при комнатной температуре: относительное удлинение 10%, поперечное сужение 30%, ударная вязкость 3· Па·м. Эти требования могут быть для некоторых деталей и ниже, например для лопаток направляющих аппаратов, корпусов подшипников и деталей, не подверженных динамическим нагрузкам.
3. Термическая стабильность. Сплав должен сохранять свои пластические
свойства после длительного воздействия
высоких температур и напряжений.
Минимальные требования: сплав не должен
охрупчиваться после 100-ч нагрева при
любой температуре в интервале 20 – 500°С.
Максимальные требования: сплав не должен
охрупчиваться после воздействия
температур и напряжений в условиях,
заданных конструктором, в течение
времени, соответствующего максимальному
заданному ресурсу работы двигателя.
4. Высокое сопротивление усталости при комнатной и высоких температурах. Предел выносливости гладких образцов при комнатной температуре должен составлять не менее 45% предела прочности, а при 400° С – не менее 50% предела прочности при соответствующих температурах. Эта характеристика особенно важна для деталей, подверженных вибрациям в процессе работы, как, например, лопатки компрессоров.
5. Высокое сопротивление ползучести. Минимальные требования: при температуре 400° С и напряжении 50· Па остаточная деформация за 100 ч не должна превосходить 0,2%. Максимальным требованием можно считать тот же предел при температуре 500° С за 100 ч. Эта характеристика особенно важна для деталей, подверженных в процессе работы значительным растягивающим напряжениям, как, например, диски компрессоров.
Однако
со значительным увеличение ресурса
работы двигателей правильнее будет
базироваться на продолжительности
испытания не 100 ч, а значительно больше
— примерно 2000 – 6000 ч.
Несмотря на высокую стоимость производства и обработки титановых деталей, применение их оказывается выгодным благодаря главным образом повышению коррозионной стойкости деталей, их ресурса и экономии массы.
Стоимость титанового компрессора значительно выше, чем стального. Но в связи с уменьшением массы стоимость одного тонно-километра в случае применения титана будет меньше, что позволяет очень быстро окупить стоимость титанового компрессора и получить большую экономию.
Металлургия и технологические свойства титана и титановых сплавов
Действия
‘) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.
querySelector(«.Цена-варианта-покупки»)
подписка.classList.remove(«расширенный»)
var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки»)
var priceInfo = подписка.querySelector(«.Информация о цене»)
var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) {
toggle.setAttribute(«роль», «кнопка»)
переключать.setAttribute(«табиндекс», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) {
var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный
toggle.setAttribute(«aria-expanded», !expanded)
form.hidden = расширенный
если (! расширено) {
покупкаOption.classList.add(«расширенный»)
} еще {
покупкаВариант.
classList.remove («расширенный»)
}
priceInfo.hidden = расширенный
}, ложный)
}
} функция initKeyControls() {
document.addEventListener («нажатие клавиши», функция (событие) {
if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) {
если (документ.активный элемент) {
событие.preventDefault()
документ.activeElement.click()
}
}
}, ложный)
} функция InitialStateOpen() {
вар buyboxWidth = buybox.offsetWidth
;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.
опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) {
var toggle = опция.querySelector(«.Цена-варианта-покупки»)
var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки»)
var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене»)
если (buyboxWidth > 480) {
переключить.щелчок()
} еще {
если (индекс === 0) {
переключить.щелчок()
} еще {
переключать.setAttribute («ария-расширенная», «ложь»)
form.hidden = «скрытый»
priceInfo.hidden = «скрытый»
}
}
})
} начальное состояниеОткрыть() если (window.
buyboxInitialized) вернуть
window.buyboxInitialized = истина initKeyControls()
})()границ | Методы модификации поверхности титана и его сплавов для функциональной оптимизации их биомедицинских свойств: тематический обзор
Введение
С ростом зрелости медицинских технологий было обнаружено, что имплантация биоматериалов в организм человека является отличным способом лечения некоторых ортопедических и стоматологических заболеваний (Lausmaa et al., 1990; Охтуки и др., 1999). Обычно используемыми металлическими биоматериалами являются титан (Ti) и его сплавы (Wang et al., 2009; Guo et al., 2013; Jemat et al., 2015; Hafeez et al., 2019), нержавеющая сталь 316L (Singh et al. ., 2018) и сплавы на основе кобальта (Wang et al., 2014). Помимо этого, сплавы с памятью формы, такие как магний (Mg) (Kirkland et al., 2010), NiTi (Bansiddhi et al., 2008; Wang et al.
, 2016, Wang et al., 2018; Liu et al., 2020a , b) и тантал (Ta) также являются потенциальными кандидатами для биомедицинских применений (Balla et al., 2010). Впервые Ti был обнаружен в 1790-х годах (Chouirfa et al., 2019). В настоящее время благодаря высокой удельной прочности, высокой коррозионной стойкости и отличной биосовместимости (Jemat et al., 2015; Niinomi et al., 2016; Shi et al., 2017; Rabadia et al., 2018, 2019; Ran et al. ., 2018; Hafeez et al., 2020; Wang L. et al., 2020), титан и его сплавы нашли широкое применение в биомедицинской сфере (Wang et al., 2017), среди которых сплав Ti-6Al-4V приложения составляют более 50% (Hu et al., 2012; Дин и др., 2016; Чжан и др., 2017). Несмотря на свои полезные свойства (Matter and Burch, 1990), титан и его сплавы считаются инертными металлами и не могут должным образом стимулировать пролиферацию остеобластов и костных клеток (Zhu et al., 2016; Xiao et al., 2017; Souza et al. ., 2019). Кроме того, большинство отказов вызвано инфекциями, связанными с имплантатами, поэтому многие исследования были сосредоточены на улучшении антибактериальной способности титановых имплантатов (Yousefi et al.
, 2017; Ding et al., 2019; Лю и др., 2019; Ван и др., 2020). Открытый титановый сплав не может сопротивляться износу, вызванному относительным движением между имплантатом и костью, а внешнее воздействие и погружение в жидкости тела вызовут исчезновение пассивной пленки на поверхности титанового сплава, что приведет к снижению его коррозионных характеристик ( Чжан и Чен, 2019 г.). Вышеуказанные проблемы могут быть решены за счет улучшения поверхностных свойств титана и его сплавов. Поэтому для улучшения биологической функции, износостойкости и коррозионной стойкости имплантатов использовались различные методы модификации поверхности.В последнее десятилетие покрытия использовались во множестве приложений для модификации поверхности имплантатов и, в некоторых случаях, для создания новых поверхностей с исключительными свойствами, которые сильно отличаются от непокрытых материалов (Zhong, 1999, 2001; Wang et al., 2015; Ван и др., 2017; Гу и др., 2019). Кроме того, многие исследования доказали, что методы модификации поверхности могут свести к минимуму адгезию бактерий к субстрату имплантата.
Они также могут ингибировать образование биопленки и обеспечивать эффективное удаление бактерий, тем самым улучшая характеристики имплантированных биоматериалов (Asri et al., 2017; Авад и др., 2017; Ан и др., 2018 г.; Чжан и др., 2020).
Этот обзор тематически посвящен технологиям модификации поверхности, таким как плазменное напыление, плазменно-иммерсионная ионная имплантация (PIII), плазменно-иммерсионная ионная имплантация и осаждение (PIII&D), физическое осаждение из паровой фазы (PVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD), золь-гель, и методы микродугового оксидирования (МАО). Эти методы делятся на две основные части: методы физической модификации и методы химической модификации. В химических методах поверхность погружают в химически активные растворы, в то время как в физических методах поверхность подвергается воздействию высокоэнергетических зарядов или других физических частиц, таких как пламя, плазма и т. д.Некоторые технологии могут включать несколько физических и химических процессов.
Таким образом, невозможно строго разделить физические и химические методы. Классификация в основном зависит от основной идеи каждой технологии. Кроме того, в этой статье обобщаются остеогенные и антибактериальные свойства, достигнутые с помощью технологий обработки поверхности материалов для имплантатов на основе титана, с этих двух аспектов, и содержится всесторонний призыв к совершенствованию методов обработки поверхности для производства современных материалов для имплантатов с улучшенными свойствами.На рис. 1 показаны все методы обработки поверхности вместе с их плюсами и минусами.
Рисунок 1. Методы обработки поверхности с их преимуществами, недостатками и применением (Vahabzadeh et al., 2015; Wang et al., 2015; Asri et al., 2017; Azari et al., 2019; Chouirfa et al. , 2019; Каур и Сингх, 2019; Соуза и др., 2019; Тангавел и др., 2019; Юн и др., 2019; Ся и др., 2020).
Физическая модификация
Основная идея метода физической модификации сплавов на основе титана заключается в обработке и изменении ультраструктуры поверхности, и эти методы включают технологию плазменного напыления, PIII, PIII&D и PVD.
Метод физической модификации относительно дешев, а способ и механизм приготовления просты. Соответственно сила сцепления покрытия слабая, а при изготовлении сложных образцов ее несколько недостаточно. В табл. 1 приведено сравнение основных результатов различных физических методов.
Таблица 1. Основные результаты применения физических методов на титане и его сплавах.
Технология плазменного напыления
Технология плазменного напыления — это метод термического напыления с использованием плазменной дуги в качестве источника тепла, который широко используется для формирования покрытий с превосходными физическими, химическими и механическими свойствами (Karthikeyan et al., 1997; Shaw et al., 2000), особенно в области биомедицины. Как показано на рисунке 2, в этом методе участвуют многие параметры, которые потенциально могут влиять на микроструктуру и свойства покрытий, среди них пористость является наиболее значимым фактором, определяющим качество покрытия.
Рис. 2. Связанные параметры и важные переменные плазменного напыления. Воспроизведено из Zhu et al. (2020) с разрешения.
Покрытие Hydroxyapatite (HA) используется для улучшения остеокондуктивности и усиления остеоинтеграции.Котян и др. (2017) проанализировали получение HA-покрытий на Ti и Ti-6Al-4V в различных плазменных средах. Они доказали, что атмосфера оказывает существенное влияние на состав, кристалличность и образование микротрещин имплантатов, покрытых ГА. Для получения качественных покрытий исследователям необходимо контролировать температуру плазмообразующего газа для уменьшения микротрещин. Кроме того, наибольшую степень кристалличности показала атмосфера с газами аргон и азот. Кроме того, по словам Лю Ю.-С. и другие. (2020), новый метод индуцированного паром порообразующего атмосферно-плазменного напыления (VIPF-APS) обладает большим потенциалом для получения биоактивного пористого покрытия ГК, которое усиливает прикрепление и дифференцировку остеобластов.
Помимо технологии плазменного напыления, рассматривались и другие стратегии улучшения общих характеристик покрытия. Тем временем Ebrahimi et al. предложили новое двухслойное покрытие HA/Al 2 O 3 -SiO 2 . (2018), по сравнению с монослойной ГК, он имеет улучшенное поведение клеток и биосовместимость.Вахабзаде и др. (2015) и Cao et al. (2019) добавили Sr (Mg и Sr) в покрытие HA. На рисунке 3 видно образование стероидов в покрытии Sr-HA, что указывает на то, что регенерация кости с покрытием Sr-HA ускоряется по сравнению с имплантатами с покрытием Ti и HA без покрытия. Что касается (Mg, Sr)-ГА, то на пятые сутки видимая клеточная адгезия свидетельствует о его хорошей биосовместимости на поверхности покрытия, а также он показал высокую прочность сцепления. В другом исследовании MgO, Ag 2 O и градиент HA смешивали для улучшения биологических и антибактериальных свойств (Ke et al., 2019). Этот новый метод улучшает остеоинтеграцию и снижает вероятность отказа из-за расшатывания или инфекции.
Кроме того, Otsuka et al. (2016) пояснили, что из-за ускорения растворения на границе раздела сокращается срок расслаивания покрытия ГК, погруженного в имитируемую жидкость организма (SBF). Следовательно, следует учитывать расслаивание при экстракорпоральном кровообращении, чтобы продлить срок службы покрытий ГК.
Рис. 3. Оценка стабильности и формирования новой кости покрытия из ГА, напыленного плазмой.Воспроизведено из Vahabzadeh et al. (2015) с разрешения.
Исследователи исследовали композитные покрытия в течение десяти лет, пытаясь улучшить трибологические свойства имплантатов, Ganapathy et al. (2015) получили Al 2 O 3 −40 мас.%8 YSZ на биомедицинском сплаве Ti-6Al-4V, используемом для компонентов протезов тотальных суставов посредством плазменного напыления. Другой метод, в сочетании с взаимным влиянием керамики и металлических материалов, был исследован Veerachamy et al.(2018). Согласно их исследованиям, Al 2 O 3 +13 мас.
% TiO 2 /-YSZ BL можно считать подходящим покрытием для Ti-6Al–4V из-за его высокой антибактериальной активности и превосходной совместимости с клетками. Кроме того, биоактивное стеклокерамическое покрытие под названием покрытие М2 (включая CaO–MgO–SiO 2 ) на сплаве Ti-6Al-4V показало хорошие характеристики in vitro . Чтобы выяснить его эффективность в остеогенезе и остеоинтеграции, Zhang et al. (2019) имплантировали его кроликам, было подтверждено, что Ti-6Al-4V с покрытием M2 обладает лучшими биологическими характеристиками in vivo и, вероятно, может заменить покрытие HA для восстановления несущих костных имплантатов.Большое внимание уделяется многим новым материалам покрытий. Например, в качестве нового покрытия рекомендуется трикальций-магнийсиликат, который имеет почти те же свойства теплового расширения, что и Ti-6Al-4V, а также может усиливать коррозионное и биологическое поведение постоянных металлических имплантатов (Maleki-Ghaleh et al.
., 2015). В то же время другие металлические элементы с превосходными биологическими свойствами, такие как тантал (Kuo et al., 2019), были нанесены на имплантаты из титанового сплава.
обеспечивает экономичный, простой и надежный подход к подготовке покрытий на титановых сплавах.Газовая атмосфера и температура плазменного напыления повлияют на термическое напряжение и кристалличность покрытия, что повлияет на остеогенную активность и другие свойства. С одной стороны, как традиционный материал покрытия, ГА нуждается в модернизации за счет улучшения производственного процесса или легирования новых элементов. С другой стороны, следует рассмотреть новые покрытия, такие как металлические композиты. Хотя изначально было обнаружено, что покрытия TiO 2 и ZrO 2 , полученные плазменным напылением, обладают хорошей биологической активностью и биосовместимостью, связанные с этим механизмы еще нуждаются в дальнейшем изучении.Кроме того, температура плазменного напыления чрезвычайно высока, и покрытие испытывает большие термические напряжения.
Особое внимание следует уделить силе сцепления между покрытием и подложкой. Также все еще требуется некоторое усовершенствование подготовки покрытий на заготовках малых и нестандартных форм.
Плазмоиммерсионная ионная имплантация
Поскольку метод PIII позволяет внедрять самые разнообразные элементы в приповерхностную область различных субстратов, он предлагает уникальные преимущества для технологий модификации поверхности биоматериалов (Lin et al., 2019). Наиболее ценной особенностью PIII является то, что концентрацию и распределение по глубине имплантированных ионов в подложке можно строго контролировать, регулируя параметры имплантации (Jin et al., 2014). Кроме того, было продемонстрировано, что он может повышать твердость, коррозионную стойкость, износостойкость, биологическую активность и антибактериальные свойства биоматериалов (Chen et al., 2020).
TiO 2 , являющийся наиболее распространенным поверхностным покрытием сплавов на основе титана, привлек внимание в методе PIII.
Метод PIII и оптическая эмиссионная спектрометрия (OES) использовались для получения TiO 2 , который может улучшить остеоинтеграцию имплантатов благодаря своей супергидрофильности (Lin et al., 2019). Шиау и др. (2019) и Chen et al. (2020) исследовали параметры O-PIII соответственно, первое доказало, что приложенное напряжение во время лечения O-PIII способствует свертыванию крови и активации тромбоцитов, как показано на рисунке 4, последнее указывает на то, что использование более высоких доз ионов кислорода может улучшить дифференцировку остеоцитов и остеоинтеграцию зубных титановых имплантатов in vivo .Помимо O-PIII, при изготовлении покрытий также широко применялись азотно-плазменная иммерсионная ионная имплантация (N-PIII), углеродно-плазменная иммерсионная ионная имплантация (C-PIII) и т.д. Азот был включен в покрытия TiO 2 с помощью N-PIII, что могло эффективно снизить жизнеспособность бактерий в видимом свете (Zheng et al., 2020). В отличие от N-PIII, C-PIII использовался для получения покрытий с повышенными механическими свойствами и коррозионной стойкостью (Shanaghi and Chu, 2019a).
К сожалению, он также может высвобождать элемент Ni из сплавов NiTi в растворе SBF (Shanaghi and Chu, 2019b).
Рисунок 4. Иллюстрация присутствия рутиловой фазы TiO 2 , которая усиливает остеоцитарную дифференцировку и остеоинтеграцию зубных титановых имплантатов in vivo . Воспроизведено из Chen et al. (2020) с разрешения.
Кроме того, тонкая пленка TiN может быть сформирована на Ti-6Al-4V методом N-PIII (Huang et al., 2019), что может положительно повлиять на твердость поверхности, коррозионную стойкость, реакцию клеток и антибактериальную адгезию.Кроме того, Сюй и соавт. (2015) добавляли Ag в пленки TiN в качестве антибактериального агента, обладающего хорошей цитосовместимостью и сохраняющего требуемые механические свойства. Имплантированный Zn Ti проявляет превосходную остеогенную активность и отчасти антибактериальный эффект. Стоит отметить, что глубинный профиль цинка в CP-Ti напоминает распределение Гаусса (Jin et al.
, 2014). Интересно, что Ю и соавт. (2017) разработали титан с двойной имплантацией ионов Zn/Mg (Zn/Mg-PIII). Цинк считается важным и необходимым микроэлементом для метаболизма и производства костей, также Mg играет решающую роль в адгезии остеобластов и остеобластов к ортопедическим имплантатам.Таким образом, благодаря благоприятному сочетанию Zn/Mg, имплантаты Zn/Mg-PIII обладают хорошей остеоиндуктивностью, проангиогенным и антибактериальным действием, и, как показано на рисунке 5, эти имплантаты могут увеличить скорость остеоинтеграции и поддерживать биомеханическую фиксацию.
Рис. 5. Через двенадцать недель после имплантации новообразованные вокруг имплантатов Zn/Mg-PIII и последовательные изображения флуоресцентной маркировки. Воспроизведено из Yu et al. (2017) с разрешения. (A) Трехмерные изображения микро-КТ новообразований кости вокруг различных имплантатов в бедренной кости кролика. (B) Последовательные изображения флуоресцентной маркировки новообразованной кости вокруг различных имплантатов в мыщелке бедренной кости кролика: ализариновый красный S (красный), тетрациклин (желтый), кальцеин (зеленый).
Таким образом, благодаря возможности контролировать концентрацию и распределение имплантированных ионов по глубине, PIII демонстрирует возможность имплантации одного или нескольких ионов металлов в зависимости от потребности. Дифференцировку клеток и остеоинтеграцию можно усилить введением определенных ионов кислорода, азота или углерода.Кроме того, O-PIII, N-PIII, C-PIII и т. д. могут вносить существенный вклад в биосовместимость. Таким образом, будущие исследования должны быть сосредоточены на процедурах для достижения разумной имплантации нескольких ионов металлов путем регулировки параметров процесса PIII и снижения цитотоксичности, вызванной высвобождением ионов металлов.
Иммерсионная плазменная имплантация и осаждение ионов
Метод PIII&D, изобретенный в 1987 г. Conrad et al. (1987), он стал рутинным методом модификации поверхности.Преимущество заключается в том, что левитирует оставшиеся уровни дозы, которые были ограничены распылением из-за ионной имплантации.
Следовательно, используя PIII&D с относительно низкой стоимостью, можно получить трехмерную пленку с сильным сцеплением, толстую и без напряжения (Yang et al., 2007). Схема процесса PIII&D показана на рисунке 6.
Рис. 6. Схематическое изображение прибора PIII&D. Воспроизведено из Hwang et al. (2019) с разрешения.
Столкнувшись с серьезной проблемой, а именно с тромбозом, биоматериалы, контактирующие с кровью, должны сформировать границу между материалом и кровью. Ян и др. (2007) модифицировали характеристики поверхности биоматериала функциональными неорганическими пленками Ti–O, a-C:N:H и Si–N, синтезированными с использованием PIII-D, которые могут предотвратить адгезию/активацию тромбоцитов. Позже, в 2013 году, было завершено осаждение пленки кальция на Ti для применения в остеоинтеграции в искусственных компонентах (Ueda et al., 2013), в результате чего образовалась пленка кальция с хорошей адгезией.PIII&D также использовали для улучшения клеточного ответа на титан.
Титан, обработанный Mg-Ag PIII&D, может не только ингибировать адгезию и пролиферацию бактерий Escherichia coli , но также способствовать начальной адгезии и экспрессии щелочной фосфатазы (ЩФ) в клетках MG63 (Cao и др., 2014). В то же время по-прежнему требуется отличный компромисс между биосовместимостью и цитотоксичностью включенных металлов (таких как Cu, Mn и т. д.). Медь, микроэлемент, который также присутствует в тканях человека, обладает хорошо известной противомикробной активностью.Хемпель и др. (2014) показали, что Ti, легированный медью, и титан с покрытием могут предотвращать и лечить инфекции, связанные с имплантатами. Стоит отметить, что поверхность передозированного Cu-содержащего Ti проявляет отрицательную биосовместимость (Yu et al., 2016), за исключением покрытия Cu. Ю и др. (2017) исследовали высвобождение стабильного иона Mn на Ti, продемонстрировав значительно усиленную экспрессию генов, связанных с остеогенезом, и обеспечив лучшее понимание взаимосвязи между легированным элементом и биологическими свойствами, которые вызваны аддитивной индукцией.
Целью решения биоинертности Ti, Ta-имплантированного запутанного пористого титана (EPT) был сконструирован методом PIII&D (Wang et al., 2016). Как показано на рисунке 7, по сравнению с ЭПТ, имплантированными кальцием, ЭПТ, имплантированные Та, демонстрируют более стабильные и продолжительные эффекты при длительном использовании. В другом исследовании на поверхность Ti-6Al-4V было нанесено наноструктурированное покрытие из оксида циркония для улучшения трибологических свойств (Saleem et al., 2017). Помимо этих покрытий, проникновение ионов азота также можно использовать для поддержания стабильности фосфолипидных искусственных мембран (SLB) с повышенной биосовместимостью (Cisternas et al., 2020). Для повышения коррозионной стойкости и продления срока службы Ti осаждение углеродной пленки было выполнено с использованием системы PIII&D. Сантос и др. (2019) подтвердили желаемые свойства углеродных пленок в качестве покрытия, они могут защитить трубки из титанового сплава, а также могут дать новые идеи в биологии.
Рисунок 7. Различие врастания новой кости оценивали посредством гистологического наблюдения и гистоморфологического измерения. Воспроизведено из Wang et al.(2016) с разрешения. (a) Недекальцинированные срезы образцов окрашивали толуидиновым синим через 12 недель. Процент врастания новой кости и пор в различных имплантатах EPT, измеренный по окрашиванию толуидиновым синим (b) и изображениям СЭМ обратного рассеяния (c) через 6 и 12 недель. (d) СЭМ-изображения задней части новой кости вокруг и внутри пор имплантатов EPT через 6 и 12 недель.
Таким образом, технологии PIII&D широко используются для формирования металлических покрытий на титане и его сплавах.Введение ионов металла в поверхность титановой подложки с помощью технологии PIII&D, поскольку металлическая фаза имеет тенденцию действовать как анод для высвобождения ионов металла, позволяет улучшить антибактериальные свойства материала. Метод PIII&D обычно наносит один металлический элемент на титановую подложку, но необходимо учитывать баланс между токсичностью и биосовместимостью.
Технология PIII&D преодолевает очевидную проблему линейности других методов физического осаждения и подходит для модификации поверхности заготовок сложной формы, но ее биологическая безопасность также должна быть тщательно изучена.В будущем необходимо исследовать осаждение нескольких металлических элементов или углеродных наноматериалов для дальнейшего повышения биосовместимости покрытий.
Физическое осаждение из паровой фазы
Физическое осаждение из паровой фазы подразумевает стратегию физического покрытия, включающую испарение твердого металла в вакууме и его осаждение на проводящую подложку (Hauschild et al., 2015). Как правило, вакуумное испарение, ионное осаждение, напыление и т. д. являются одними из основных методов PVD.Среди них широко изучена технология магнетронного распыления, которая приводит к формированию высококачественных пленок на большой площади и при относительно низкой температуре подложки (Nemati et al., 2018; Hamdi et al., 2019).
В области биомедицины покрытие TiN в сочетании с его благоприятной биосовместимостью может использоваться в качестве желаемого материала, контактирующего с кровью.
Прачар и др. (2015) сравнили свойства TiN с ZrN на титановых сплавах чистого Ti, Ti-6Al-4V и Ti35Nb6Ta.Было подтверждено, что TiN имеет более высокую клеточную колонизацию, чем ZrN. Кроме того, их цвет решает проблему эстетики в оральной имплантологии, поскольку цвет этих покрытий предотвращает видимость титана через десну. Хусейн и др. (2020) нанесли TiN на Ti20Nb13Zr с помощью катодной дуги PVD. Сплавы с покрытием демонстрируют лучшие антикоррозионные свойства как в SBF, так и в среде искусственной слюны. Ву и др. (2019) использовали метод мощного импульсного магнетронного распыления (HiPIMS), который имеет высокий пиковый ток и максимальную мощность для осаждения TiN на TiAl6V4.Осажденное покрытие 110 А демонстрирует самую высокую жизнеспособность клеток. Однако биосовместимость сплавов Ti с модифицированной поверхностью в основном зависит от содержания азота в пленке, поэтому в работе Nemati et al. (2018), TixNy наносят на подложки Ti-6Al-4V в виде тонких пленок. Они контролировали парциальное давление азота и готовили образцы в смешанной атмосфере Ar и N 2 .
Повышение механических свойств, коррозионной стойкости и биосовместимости произошло при повышении соотношения N/Ti.В работе Bahi et al. (2020) исследовались два типа покрытий: TiN в качестве верхнего слоя, а верхним слоем остальных был TiO 2 с двумя разными содержаниями кислорода. TiN демонстрирует наилучшие трибологические характеристики в условиях многослойной пленки, когда его поверхность скользит по кортикальной кости крупного рогатого скота. Некоторые исследователи (Cui et al., 2019) обнаружили, что по сравнению с покрытиями TiN и ZrN частичная замена атомов Ti на Zr обеспечивает превосходную износостойкость и вязкость разрушения.Градиентное покрытие TiZrN, приготовленное Cui et al. (2019) подходит для искусственных суставов, которые могут выдерживать большие нагрузки и противостоять серьезным условиям износа. Кроме того, Hauschild et al. (2015) поместили покрытый Ag бесцементный стержень в модель собаки и продемонстрировали костную интеграцию in vivo , при которой токсические побочные эффекты не проявлялись.
После этого покрытия NiTi (NiTi/Ag), легированные серебром, были приготовлены на подложках из чистого титана Тангавелом и др. (2019). Покрытие NiTi/Ag с 3 ат. % Ag показал самую высокую жизнеспособность клеток неонатальных клеток дермальных фибробластов человека и показал хорошо развитую сеть актиновых филаментов.YSZ был нанесен на титановую подложку в исследовании Kaliaraj et al. (2016), к сожалению, это покрытие не может ингибировать рост бактерий, но может улучшить адгезию белков крови. Нанотрубки пятиокиси тантала (Ta 2 O 5 НТ) были приготовлены на биомедицинском сплаве Ti-6Al-4V Sarraf et al. (2017), результаты испытаний SBF показали, что в первый день погружения на покрытии массива нанотрубок уже образовался костеподобный слой апатита, что указывает на важность конфигурации нанотрубочек для биологической активности in vitro .
В настоящее время многослойные покрытия с выдающимися свойствами остеоинтеграции и механической прочности стали предметом исследований.
В этом отношении биокерамика ГА имеет хорошую биосовместимость, но слабую механическую прочность. Следовательно, Хамди и соавт. (2019) получили трехслойное покрытие HA/Al 2 O 3 /TiO 2 на сплавах Ti-6Al-4V. В этой работе ГК играет решающую роль в биосовместимости, в то время как другие улучшают коррозионное поведение подложки, что предотвращает попадание активных ионов из жидкостей организма на поверхность.Чен и др. (2019) наносят новое биофункциональное двухслойное покрытие, состоящее из фосфата кальция и магния (CaP-Mg) на Ti. Покрытие CaP может препятствовать высвобождению Mg, в то время как щелочная среда, вызванная разложением Mg, может снизить жизнеспособность бактерий. Кроме того, BCP как разновидность CaP представляет собой смесь β-TCP, Behera et al. (2020) доказали, что пленка BCP-TiO 2 может быть полезна для улучшения биологических характеристик имплантатов. В настоящее время разработке пленок из аморфного углерода (а-С) уделяется большое внимание, Liu et al.
(2020) успешно нанесли многослойные пленки с градиентом Zr/a-C (GMF), состоящие из трех отдельных слоев. Ti, модифицированный Zr/a-C GMF, демонстрирует повышенную смачиваемость, усиливая пролиферацию и адгезию клеток остеобластов.
Подводя итог, можно сказать, что PVD используется как зрелый метод для формирования почти идеального сцепляемого слоя материалов, который не разрушается, не влияет на топографию поверхности и демонстрирует хорошие трибологические свойства. Из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения между покрытием и подложкой сила их сцепления слабая, что ограничивает применение этого типа покрытия.В настоящее время в основном используются методы нанесения переходного слоя или градиентного покрытия, чтобы уменьшить несоответствие кристаллической решетки и термическое напряжение между покрытием и подложкой, тем самым повышая его силу сцепления. Покрытия TiN с различными составами, легированными элементами, кажутся дальнейшим направлением исследований в настоящее время.
Необходимо учитывать клеточную цитотоксичность, адгезию, активность и антибактериальные свойства вновь разработанной композиции покрытия. Кроме того, многослойные покрытия могут обеспечить надлежащие характеристики, в то время как исследователи должны рационально проектировать многослойные структуры, чтобы максимизировать их соответствующие преимущества и избежать возможных побочных эффектов.
Химическая модификация
Химическая модификация изменяет химические свойства поверхности носителя для создания специфических взаимодействий между молекулами клеточной поверхности, которые не только влияют на свойства клеточной поверхности, но также вызывают тесно связанные изменения во внутренней структуре и функции клеток. Химические модификаторы относительно сложны по механизму получения и дороги. Текущие исследования сосредоточены на контроле состава, дизайне многослойной структуры, многослойных покрытиях или покрытиях с новой морфологией поверхности.Таблица 2 дает сравнение основных результатов различных химических методов.
Таблица 2. Основные результаты применения химических методов на титане и его сплавах.
Химическое осаждение из газовой фазы
Химическое осаждение из паровой фазы представляет собой метод покрытия для формирования тонкопленочного слоя на поверхности подложки путем химической реакции одного или нескольких паровых соединений или элементов, содержащих конечные элементы пленки (Marsh et al., 2010). Он использовался в неорганической синтетической химии для получения неорганических материалов, таких как углеродные нанотрубки, графен, TiO 2 и т. д.(Somani et al., 2006), конечный продукт можно тщательно контролировать как количественно, так и качественно. Факты показали, что технология очень успешна в промышленном применении. Однако их применение на подложке из титанового сплава для биомедицинской модификации поверхности все еще ограничено.
Методы химического осаждения из паровой фазы в основном используются для сложных заготовок и покрытия внутренних отверстий.
Покрытия, полученные методом CVD, обычно проявляют высокую остеогенную активность, что имеет определенный потенциал для ортопедических применений.Джаварези и др. (2003) использовали метод металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) для получения слоя оксида титана на чистом титане. Ti/MOCVD продемонстрировал более высокую активность ALP, чем контрольная группа, что означает, что он имеет более высокий потенциал для костной имплантации. Впоследствии Du et al. (2016) успешно осадили легированные кремнием нанопроволоки TiO 2 на слой TiSi 2 с помощью химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении (APCVD). Он не только проявляет более высокую гидрофильную активность, но также имеет большое значение в области легирования.Что касается предыдущих работ, Xu et al. (2016) привили тонкий графитовый слой C 3 N 4 (g-C 3 N 4 ) на выровненные массивы нанотрубок TiO 2 (TiNT) методом CVD.
Бинарное нанокомпозитное покрытие показывает превосходную бактерицидную эффективность. Глицидилметакрилат (ГМА) является химически универсальным реагентом благодаря реакции раскрытия цикла (Mao and Gleason, 2004; Kang et al., 2014). Следовательно, в исследовании Park et al. (2015), титановые имплантаты с точечным рисунком, покрытые ГМА, заметно демонстрировали более высокую активность ЩФ, а также повышенную адсорбцию белка и более высокое отложение кальция.Кроме того, на основании предыдущего исследования Youn et al. (2019) добавили рекомбинантный костный морфогенный белок-2 человека (rhBMP2) в качестве остеоиндуктивных агентов на титан с покрытием из ГМА. При анализе in vitro они обнаружили его хорошую остеогенную активность без какой-либо цитотоксичности. Существует мало информации о влиянии сердечно-сосудистых заболеваний с усилением плазмы аминогруппами на регенерацию нервов. Следовательно, Чжао и соавт. (2018) ввели аминогруппу в титановый диск. Несмотря на то, что он демонстрировал наилучшие показатели прикрепления клеток, он ингибировал экспрессию ключевых факторов роста, таких как нейротрофический фактор глиальных клеток (GDNF) и фактор роста нейротрофинов (NGF) in vitro , по крайней мере, в течение недели.
Танталовое покрытие на пористом каркасе Ti-6Al-4V было исследовано Li et al. (2013), они обнаружили лучшее врастание кости в каркасы с покрытием, что указывает на потенциал для ортопедии. Интересно, что Ji et al. (2016) сравнили адгезию Streptococcus mutans на образцах титана, модифицированного магнетронным распылением и плазменным азотированием, на полированном титане (контрольная группа). Нет четкой разницы между обработанными образцами и контрольной группой. Гу и др. (2018) указали на влияние термической обработки на прочность сцепления и остеоиндуктивную активность однослойных графеновых листов с антибактериальными и остеоиндуктивными свойствами.
Таким образом, использование методов CVD не так распространено, как физические методы, упомянутые ранее. Это может быть связано с высокой температурой реакции, которая приводит к низкой скорости осаждения, также в этом методе источник газа и отходящий газ обладают определенной токсичностью, что может быть вредным для последующего процесса имплантации.
Несмотря на это, покрытия, полученные методом CVD, обычно имеют хорошее качество, а их чистоту и плотность можно контролировать. Он использовался в таких отраслях, как электроника, автомобили, авиация и аэрокосмическая промышленность.Однако оборудование для осаждения из паровой фазы более дорогое, а некоторые процессы имеют более высокие температуры формирования пленки, что может отрицательно сказаться на структуре подложки. Кроме того, некоторые технологические методы формирования пленки на линии прямой видимости труднее формировать на небольших фигурных деталях и нуждаются в усовершенствовании. В будущем получение сополимерных и неорганических покрытий методом CVD должно быть тщательно изучено для формирования бактериостатической поверхности.
Сол-гель
Метод золь-гель широко используется для производства разнообразных оксидных пленок.Этот вид метода имеет следующие преимущества: простота изготовления, надежность потребляющего оборудования, высокая однородность пленок и использование различных размеров подложки (Hench and West, 1990).
Основным фактором, влияющим на золь-гель метод, является pH, химическое равновесие, поверхность раздела субстрат-прекурсор, время и т. д. (Wang and Bierwagen, 2009). Рисунок 8 представляет собой схематическое изображение золь-гель.
Ti, преобладающий материал для ортопедического применения в настоящее время, может нарушать физическую целостность, например, изменять свою твердость и модуль изгиба после обработки золь-гелем.Чтобы решить эту проблему, Greer et al. (2016) оценили свойства покрытий при различных температурах отжига и пришли к выводу, что, несмотря на снижение пластичности, оптимальной температурой отжига является 500°C. Покрытия TiO 2 обладают следующими хорошими физическими свойствами: высокой твердостью поверхности, хорошей износостойкостью, низким коэффициентом трения и отличной коррозионной стойкостью. Чомаклы и др. (2018) сравнили пленки TiO 2 , полученные методами золь-гель и последовательной ионно-слойной адсорбции и реакции (SILAR), первые показали лучшую износостойкость и коррозионную стойкость, чем вторые.
Титан, содержащий серебро, был нанесен на сплавы TiSi и технически чистый титан (CP-Ti) Horkavcova et al. (2017) и Йетим (2017) соответственно. Результаты показали отсутствие цитотоксичности и отличную коррозионную стойкость, что означает, что эти материалы являются потенциальными кандидатами для ортопедического применения. Более того, Ziabka et al. (2020) подтвердили, что это покрытие можно использовать при ветеринарном лечении переломов костей. Кроме того, легирование серебром TiO 2 часто образует двухслойное покрытие с ГА.Как упоминалось ранее, использование ГК способствует формированию кости, и, кроме того, надлежащая химическая однородность может быть получена с помощью золь-гель технологии (Domínguez-Trujillo et al., 2018). Mohammed Hussein и Talib Mohammed (2019) приготовили двухслойное покрытие TiO 2 /HA, обладающее хорошей защитой от коррозии с улучшенной кристаллизацией и наноразмерной однородной морфологией поверхности. Для повышения адгезионной прочности покрытий из ГА, спеченных при низких температурах, Robertson et al.
(2019) сформировали нанотрубки из диоксида титана путем анодирования.Азари и др. (2019) провели дальнейшие исследования и произвели функционально градиентный HA-TiO 2 на подложке из сплава Ti-6Al-4V и улучшили адгезию и когезию однослойного покрытия. Тем временем были приняты другие стратегии для устранения недостатков HA. Двухфазные покрытия из замещенного цинком гидроксиапатита/висмута (Zn-HA/Bi-HA) были изготовлены Bi et al. (2020), которые оказали наиболее положительное влияние на пролиферацию остеобластов.
Кроме того, биоинертная керамика, такая как диоксид кремния и диоксид циркония, привлекает большое внимание из-за своей стабильности в организме человека.Он также демонстрирует превосходную несущую способность и высокую жизнеспособность клеток. Ли и др. (2017) изготовили пористый титан с циркониевым покрытием (Z-P-Ti) гидротермальным методом, а затем использовали золь-гель метод. Среди образцов Z-P-Ti_55 (образцы Ti с добавлением 55 мас.% NaCl) продемонстрировали превосходную несущую способность и высокую жизнеспособность клеток.
Рисунок 9 представляет собой механизм взаимодействия Z-P-Ti с поверхностью клетки. Пескоструйная обработка золь-гелевого слоя Al 2 O 3 в сочетании с ZrO 2 была получена Lubas et al.(2018), обеспечивая стабильную связь. Ромеро-Гавилан и др. (2018) приготовили гибридное золь-гелевое покрытие на основе диоксида кремния (35M35G30T) на Ti, оно может адсорбировать большое количество белков комплемента. Эти белки участвуют в поддержании обновления клеток, заживлении, пролиферации и регенерации, а также во многих других процессах, которые могут быть связаны с их внутренней биологической активностью. Добавление стронция (Sr) может повлиять на их взаимодействие с клетками и белками. Так, Romero-Gavilan et al. (2019) применили гибридную золь-гелевую сетку из диоксида кремния, легированную SrCl 2 , в качестве покрытия на Ti.В анализе in vitro покрытие, содержащее Sr, более богато белками, участвующими в процессе коагуляции. Кроме того, в клетках MC3T3-E1 была усилена экспрессия генов ALP и TGFβ.
Рисунок 9. Механизм взаимодействия Z-P-Ti с клеточной поверхностью. Воспроизведено из Lee et al. (2017) с разрешения. (A) Культура клеток на Z-P-Ti. (B) Клетки, входящие в Z-P-Ti с соответствующими размерами пор. (C) Рост клеток в Z-P-Ti с биосовместимой микросредой. (D) Рост клеток в P-Ti с биосовместимой микросредой.
В последнее время большое внимание уделяется органо-неорганическим композитным покрытиям, которые являются подходящим кандидатом для металлического протезного оборудования. Катауро и др. (2018) синтезировали покрытие из многокомпонентного раствора. Была зарегистрирована более высокая жизнеспособность клеток, высеянных на образцы с покрытием, и более высокая нуклеация ГК была обнаружена на поверхности CP-Ti после замачивания в SBF, что также произошло в исследовании Aghajanian et al.(2019). Они покрыли пористую поверхность титана нанобиокомпозитом форстерит/поли-3-гидроксибутират (P3HB), это покрытие ингибировало чрезмерное увеличение pH SBF.
Более того, Palla-Rubio et al. (2019) обнаружили, что различные количества хитозана и тетраэтилортосиликата (ТЭОС) могут модулировать высвобождение кремния в гибридных покрытиях из диоксида кремния и хитозана, что играет решающую роль в остеорегенерации. Основываясь на предыдущем исследовании, Ballarre et al. (2020) добавили гентамицин к хитосангелатину/диоксиду кремния с целью продления биоактивного эффекта.Исходя из этого, золь состоит из ZrO 2 , TiO 2 , Li + и полиэтиленгликоля (ПЭГ), Alcázar et al. (2019) оценили биосовместимость гибридных покрытий и обнаружили, что модифицированные титановые поверхности имеют более высокий рост клеток. Эль Хадад и др. (2020) разработали новое гибридное нанокомпозитное покрытие на основе органофункциональных прекурсоров алкоксисиланов и прекурсоров фосфора, которые доказывают, что присутствие фосфора на молекулярном уровне может привести к повышению биосовместимости.Одновременно Garcia-Casas и соавт. (2019) также считают, что промежуточное количество органофосфата проявляет способность усиливать минерализацию субстрата, поэтому он считается наиболее подходящим кандидатом для металлического протезного оборудования.
Недостатки чистой ГК были преодолены за счет добавления мультиминералов в сочетании с полимером PSSG в виде композита гидроксиапатит/сорбит-себацинат-глутамат (MHAP/PSSG) (Pan et al., 2019). Интересно, что мелатонин (MLT), используемый в основном для регуляции циркадного ритма, и его роль в регенерации кости и воспалении, изучались.Серкейра и др. (2020) использовали золь-гелевые покрытия в качестве антиадгезива для MLT на титановой подложке, они обнаружили, что это не улучшает активность ALP, но имеет потенциал для активации и развития путей. Основываясь на золь-гелевом покрытии, Toirac et al. (2020) добавили два разных фунгицида (флуконазол и анидулафунгин), оба из которых проявили противогрибковые свойства.
В настоящее время проводится больше исследований по контролю состава золь-гель метода, чем по контролю параметров процесса.Эти золь-гелевые покрытия значительно улучшают защиту от коррозии и миграцию металлической матрицы, тем самым снижая вероятность отторжения протеза.
Как и другие методы термического осаждения, он должен учитывать влияние тепловых эффектов, поэтому его текущее клиническое использование связано с определенными ограничениями. Существуют обширные исследования по приготовлению диоксида титана, биоинертной керамики и органо-неорганических композитных слоев. Для покрытия из диоксида титана характеристики могут быть улучшены за счет легирования других элементов или улучшения структурного дизайна композитного покрытия с ГА.Для органо-неорганических композиционных покрытий в будущем можно будет оценить всесторонние эксперименты по биосовместимости, увеличив количество видов сырья для покрытия и отрегулировав соотношение.
Микродуговое оксидирование
Микродуговое оксидирование, разработано на основе технологии анодирования. Процесс MAO в основном зависит от согласования электролита и электрических параметров. Процесс осуществляется при мгновенной высокой температуре и высоком давлении, создаваемом дуговым разрядом, на поверхности алюминия, магния, титана и других вентильных металлов и их сплавов.
Модифицированное керамическое покрытие, полученное МДО, в основном состоит из оксидов неблагородных металлов и дополнено компонентами электролита (Han et al., 2003; Li et al., 2004). Он имеет преимущества простого процесса, небольшой площади, высокой производительности, высокой эффективности производства, подходит для крупного промышленного производства, защиты окружающей среды и т. д. (Liu et al., 2015; Wang et al., 2015).
В соответствии с принципом плазменно-электролитического оксидирования МДО может создавать макропористую и прочно прилипающую пленку TiO 2 на подложке Ti, которая привлекла большое внимание.Некоторые органические вещества, нанесенные на слой, могут обеспечивать баланс между антибактериальной и клеточной совместимостью (He et al., 2018). Кроме того, биоактивные элементы, такие как B, Ag, Ca и Sr, могут быть включены в покрытие TiO 2 для повышения его биоактивности и биологических свойств. Хуанг и др. (2016, 2018) последовательно приготовили покрытие TiO 2 с включением бора (покрытие B-TiO 2 ) и Cu-содержащее покрытие TiO 2 .
В частности, изменение химических свойств поверхности покрытия B-TiO 2 и высвобождение ионов B с его поверхности считается основной причиной улучшения активности ЩФ и дифференцировки клеток.В последнем исследовании, хотя включение меди не изменило морфологию и шероховатость поверхности, оно все же улучшило опосредованный макрофагами остеогенез и способность к стерилизации (рис. 10). Чжан и др. (2020) также изготовили Cu-TiO 2 посредством одностадийного МДО в растворе, содержащем этилендиаминтетрауксусную кислоту и динатрий (Na 2 CuEDTA), который имеет двухслойное покрытие, состоящее из TiO 2 и пористого Ca , Богатый P внешний слой, содержащий наноразмерные кристаллы HA.Впоследствии они исследовали повышенные антибактериальные свойства и остеогенную активность покрытия Zn-TiO 2 , изготовленного одностадийным методом МДО (Zhang et al., 2019). Эта структура улучшила пролиферацию и дифференцировку остеобластов и немного повысила антибактериальную способность по сравнению с ее относительно более высоким содержанием Cu.
Покрытия TiO 2 с включением Ag были приготовлены Lv et al. (2019), полученная пленка демонстрирует значительно улучшенную антибактериальную способность и костеобразующую способность с увеличением содержания наночастиц Ag 2 O в электролите, а также имеет несколько улучшенные характеристики цитотоксичности по сравнению с полированной титановой подложкой.Ли и др. (2020) включили Ca и Sr, которые хороши для восстановления кости, в покрытие MAO. Это покрытие имеет высокопористую и супергидрофильную слоистую структуру, которая продемонстрировала отличные стимулирующие эффекты в отношении пролиферации мезенхимальных стволовых клеток костного мозга человека (hBMSC). Это также хороший способ сочетать МДО с другими процессами для улучшения характеристик покрытия. Таким образом, Танг и соавт. (2020) получили BaTiO 3 на поверхности TiO 2 , полученного МАО посредством гидротермальной реакции.В ранний период после костной имплантации пьезоэлектрический эффект этого покрытия может играть положительную роль в росте кости и ее интеграции.
Предварительная обработка высокоэнергетической дробеструйной обработкой (HESP) может использоваться для повышения стабильности и биологической активности покрытий TiO 2 , изготовленных MAO, Shen et al. (2020) использовали этот метод для повышения эффективности легирования элементов Ca и P на поверхности. Li et al. исследовали новые «похожие на кору» покрытия. (2017, 2018), они изучили макро/микро/нано тройную иерархическую структуру и покрытие TiO 2 с двойной микро/нано структурой на Ti.Результаты показали, что «кортикоподобная» структура значительно способствует адгезии, диффузии и дифференцировке клеток и увеличивает минерализацию матрикса. Графическая аннотация и схематическая диаграмма «кортикоподобного» TiO 2 показаны на рисунке 11.
Рис. 10. (А) Морфология макрофагов, культивируемых на поверхности различных материалов в течение 1, 3 и 5 сут. Результаты окрашивания (B) Calcein-AM и (C) CCK-8 показывают, что поверхность Cu(h)-MAO способствует пролиферации макрофагов.
Воспроизведено из Huang et al. (2018) с разрешения.
Рисунок 11. Оценка механизма формирования и биологических характеристик микродуговых оксидированных покрытий TiO 2 с «кортикоподобной» структурой и «вулканоподобной» структурой. Воспроизведено из Li et al. (2018) с разрешения.
Включение соединений Ca и P в поверхности TiO 2 может вызвать образование биосовместимого соединения. Таким образом, большое количество исследований было посвящено получению ГА-содержащих покрытий на титане и его сплавах.Карбовичек и др. (2017) доказали, что в электролите, содержащем гидрофосфат динатрия и гидрат ацетата кальция, при соотношении Ca/P 2/1 сплав Ti6Al7Nb с покрытием достиг наилучшего сочетания биологической активности и механических свойств. С помощью двухэтапного метода также можно получить оксидный слой с микропорами и биоактивными элементами с помощью МАО на поверхности с макропористостью (Costa et al., 2020). Точно так же Durdu et al.
(2018) комбинированное термическое испарение-физическое осаждение из паровой фазы (TE-PVD) и МДО.Помимо более высокой гидрофильности, на покрытиях с включением серебра наблюдалось равномерное и плотное распределение апатита. Седельникова и др. (2017) нанесли волластонит-кальцийфосфат (WeCaP) на чистый титан, выявив идентичные зависимости изменения толщины покрытия, шероховатости поверхности и прочности сцепления с технологическим напряжением. Интересно, что богатая кальцием отработанная яичная скорлупа использовалась для получения покрытия HA на Ti-6Al-4V, которое хорошо согласуется с покрытием кости.
В качестве технологии модификации поверхности в горячих точках МДО использовался во многих исследовательских схемах, включая подготовку слоев диоксида титана и ГА.Повышенная гидрофильность поверхности пористого покрытия, полученного методом МДО, может стимулировать взаимодействие имплантата с окружающей биологической средой, а также обеспечивает отличные антибактериальные свойства благодаря наличию ионов металлов.
Хотя технология анодного окисления удобна и экономична, ее прочность сцепления с титановой матрицей нуждается в дальнейшем улучшении. В будущих исследованиях, в дополнение к сочетанию с другими методами подготовки, следует разработать структурный дизайн покрытия, например, многоуровневый структурный дизайн, многоуровневое покрытие или покрытие с новой морфологией поверхности.
Заключение
Титан и его сплавы являются наиболее часто используемыми материалами для постоянных имплантатов, особенно при прямом контакте с костью, зубами и биологическими жидкостями. Существует множество методов модификации поверхности титана и его сплавов, их различные механизмы, процедуры и цели были перечислены в этом обзоре с целью дальнейшего разъяснения того, как выбрать соответствующий процесс модификации поверхности и выбрать его оптимальные параметры для различных требований.
В этой статье рассматриваются основные методы физической и химической модификации поверхности биоматериалов на основе титана, такие как плазменное напыление, PIII, PIII&D, PVD, CVD, золь-гель и МАО.
Хотя эти методы были применены на практике и достигли определенных результатов, они все же имеют некоторые недостатки, такие как прочность соединения, которая все еще нуждается в улучшении, влияние теплового воздействия, и как найти компромисс между токсичностью и биологической эффективностью и т. д. Будущее исследования должны быть сосредоточены на разработке основных новых методов или комбинации различных методов модификации поверхности, чтобы получить синергетический эффект и объединить их преимущества для преодоления недостатков.С другой стороны, структура и состав композитного покрытия могут быть адаптированы для достижения отличных биомедицинских характеристик.
Вклад авторов
TX и SA написали основную часть рукописи. С.Л., Дж.Л. и Ю.Т. внесли большой вклад в части, посвященные физическим методам. SA внес большой вклад, в частности, в планирование таблиц. TX, SA и XS внесли значительный вклад в стадию пересмотра. TX, XS, LL и BZ подготовили и сформулировали ссылки.
Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.
Финансирование
Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (№№ 51671152 и 51874225), Проектом индустриализации Департамента образования Шэньси (18JC019) и финансированием 2020ZDLGY13-10 и 2020KJRC0048.
Конфликт интересов
LL и BZ работали в компании Chengsteel Group Co., Ltd., HBIS Group Co., Ltd.
Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Мы искренне благодарим Нин Ма, Цинге Ван и Вэй Лю из Сианьского университета архитектуры и технологий за анализ данных для этой статьи.
Ссылки
Агаджанян, А. Х., Бигэм, А., Ходаи, М., и Хоссейн Келишади, С. (2019). Пористый титановый каркас с покрытием из композита форстерит/поли-3-гидроксибутират для инженерии костной ткани.
Прибой. Пальто. Технол. 378:124942. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.124942
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ан, Т.К., Ли, Д.Х., Ким, Т.С., Джанг, Г.К., Чой, С., О, Дж.Б., и др. (2018). Модификация титанового имплантата и диоксида титана для инженерии костной ткани. Доп. Эксп. Мед. биол. 1077, 355–368. дои: 10.1007/978-981-13-0947-2_19
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Alcázar, J.C.B., Lemos, R.M.J., Conde, M.C.M., Chisini, L.A., Salas, M.M.S., Noremberg, B.S., et al. (2019). Получение, характеристика и биосовместимость различных гибридных покрытий на основе оксидов металлов и ПЭГ, синтезированных методом золь-гель погружения для модификации поверхности титана. Прогр. Органическое пальто. 130, 206–213. doi: 10.1016/j.porgcoat.2019.02.007
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Asri, R.I.M., Harun, W.S.W., Samykano, M., Lah, N.A.C., Ghani, S.A.C., Tarlochan, F.
, et al. (2017). Коррозия и модификация поверхности биосовместимых металлов: обзор. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 77, 1261–1274. doi: 10.1016/j.msec.2017.04.102
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Авад, Н.К., Эдвардс С.Л. и Морси Ю.С. (2017). Обзор НТ TiO2 на металлическом Ti: электрохимический синтез, функционализация и потенциальное использование в качестве костных имплантатов. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 76, 1401–1412. doi: 10.1016/j.msec.2017.02.150
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Азари Р., Резайе Х. Р. и Хаванди А. (2019). Исследование функционально-градиентного покрытия HA-TiO2 на подложке Ti-6Al-4V, изготовленной золь-гель методом. Керамика Интернешнл. 45, 17545–17555. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.05.317
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Бахи, Р., Нуво, К., Белярду, Н. Э., Рамуль, К. Э., Медда, С.
, и Геллудж, О. (2020). Поверхностные характеристики подложек Ti-6Al-4V, покрытых многослойными пленками PVD, в биологических средах. Прибой. Пальто. Технол. 385:125412. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125412
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Балла, В.К., Бозе, С., Дэвис, Н.М. и Бандйопадхьяй А. (2010). Тантал — биоактивный металл для имплантатов. JOM 62, 61–64. doi: 10.1007/s11837-010-0110-y
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Балларре, Дж., Айдемир, Т., Ливерани, Л., Ротер, Дж. А., Гольдманн, У. Х., и Боккаччини, А. Р. (2020). Универсальная биоактивная и антибактериальная система покрытия на основе диоксида кремния, гентамицина и хитозана: улучшение характеристик титановых имплантатов на ранних стадиях. Прибой. Пальто. Технол. 381:125138.doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.125138
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Бехера Р.Р., Дас А., Хасан А., Паму Д.
, Пандей Л.М. и Санкар М.Р. (2020). Влияние добавления TiO2 на адгезию и биологическое поведение композитных пленок BCP-TiO2, нанесенных магнетронным распылением. Матер. науч. англ. С 114:111033. doi: 10.1016/j.msec.2020.111033
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Bi, Q., Song, X., Chen, Y., Zheng, Y., Yin, P.и Лей, Т. (2020). Двухфазные покрытия Zn-HA/Bi-HA на титане: изготовление, характеристика, антибактериальная и биологическая активность. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 189:110813. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.110813
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Цао, Х., Цуй, Т., Цзинь, Г., и Лю, X. (2014). Клеточные реакции на титан, последовательно обработанный магнием и серебром PIII&D. Прибой. Пальто. Технол. 256, 9–14. doi: 10.1016/j.серфкоут.2013.11.006
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цао, Л., Улла, И., Ли, Н., Ниу, С., Сунь, Р.
, Ся, Д., и другие. (2019). Плазменное напыление биофункциональных (Mg. Sr)-замещенных гидроксиапатитовых покрытий для имплантатов из титанового сплава. Дж. Матер. науч. Технол. 35, 719–726. doi: 10.1016/j.jmst.2018.10.020
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Катауро М., Боллино Ф. и Папале Ф. (2018). Модификация поверхности титановых имплантатов путем покрытия биоактивными и биосовместимыми гибридами поли(ε-капролактон)/SiO2, синтезированными методом золь-гель. Араб. Дж. Хим. 11, 1126–1133. doi: 10.1016/j.arabjc.2015.02.010
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Серкейра, А., Ромеро-Гавилан, Ф., Араужо-Гомес, Н., Гарсия-Арнаес, И., Мартинес-Рамос, К., Озтуран, С., и др. (2020). Возможное использование мелатонина в стоматологии: адсорбция белка и реакция клеток in vitro на титан с покрытием. Магистр наук. англ. С 2020:111262. doi: 10.1016/j.msec.2020.111262
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен, К.
-S., Chang, J.-H., Srimaneepong, V., Wen, J.-Y., Tung, O.-H., Yang, C.-H., et al. (2020). Улучшение дифференцировки клеток in vitro и остеоинтеграции титановых зубных имплантатов in vivo с помощью иммерсионно-ионной имплантации кислородной плазмы. Прибой. Пальто. Технол. 399:126125. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.126125
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чен, Л., Ян, X., Тан, Л., Чжэн, Б., Мухаммед, Ф.К., Ян, К., и др. (2019). In vitro и in vivo характеристика нового титана с двухслойным покрытием из фосфата кальция и магния (CaP-Mg) для имплантации. Прибой. Пальто. Технол. 374, 784–796. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.06.023
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шуирфа, Х., Булусса, Х., Мигонни, В., и Фалентин-Додре, К. (2019). Обзор методов модификации поверхности титана и покрытий для антибактериальных применений. Акта Биоматер. 83, 37–54. doi: 10.1016/j.actbio.2018.10.036
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Систернас, М.
, Бхуян, Х., Retamal, M.J., Casanova-Morales, N., Favre, M., Volkmann, U.G., et al. (2020). Исследование имплантации азота в поверхность титана с использованием метода плазменно-иммерсионной ионной имплантации и осаждения в качестве биосовместимой подложки для искусственных мембран. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 113:111002. doi: 10.1016/j.msec.2020.111002
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чомаклы О., Языджи М., Коваджи Х., Йетим Т., Йетим А. Ф. и Челик А.(2018). Трибологические и электрохимические свойства пленок TiO2, полученных на Cp-Ti золь-гель и SILAR в биомоделируемой среде. Прибой. Пальто. Технол. 352, 513–521. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.056
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Конрад, Дж. Р., Радтке, Дж. Л., Додд, Р. А., Ворзала, Ф. Дж., и Тран, Н. К. (1987). Метод ионной имплантации источника плазмы для модификации поверхности материалов. J. Appl. физ.
62, 4591–4596. дои: 10.1063/1.339055
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Коста, А. И., Соуза, Л., Алвес, А. К., и Топтан, Ф. (2020). Трибокоррозионное поведение биофункционализированных пористых поверхностей титана, полученных двухстадийной анодной обработкой. Коррозионная наука. 166:108467. doi: 10.1016/j.corsci.2020.108467
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Цуй, В., Ченг, Дж., и Лю, З. (2019). Биотрибокоррозионное поведение нанокристаллического покрытия TiZrN на биомедицинском титановом сплаве. Прибой. Пальто. Технол. 369, 79–86. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.036
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Дин, З., Фань, К., и Ван, Л. (2019). Обзор обработки титанового сплава трением с перемешиванием: характеристика, метод, микроструктура, свойства. Металлургический матер. Транс. Б 50, 2134–2162. doi: 10.1007/s11663-019-01634-9
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Дин, З.
, Чжан, К., Се, Л., Чжан, Л.-К., Ван, Л.и Лу, В. (2016). Влияние обработки трением с перемешиванием на фазовое превращение и микроструктуру сплава Ti-6Al-4V на основе TiO2. Металлургический матер. Транс. А 47, 5675–5679. doi: 10.1007/s11661-016-3809-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Домингес-Трухильо, К., Пеон, Э., Чикарди, Э., Перес, Х., Родригес-Ортис, Дж. А., Павон, Дж. Дж., и другие. (2018). Золь-гель осаждение гидроксиапатитовых покрытий на пористый титан для биомедицинских применений. Прибой. Пальто. Технол. 333, 158–162. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.10.079
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ду, Дж., Ли, X., Ли, К., Гу, X., Ци, В., и Чжан, К. (2016). Высокогидрофильные нанопроволоки TiO2, легированные кремнием, методом химического осаждения из паровой фазы. J. Alloys Compounds 687, 893–897. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.06.182
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Дурду С.
, Актуг С. Л., Коркмаз К., Ялчин Э. и Актас С. (2018).Изготовление, характеристика и свойства in vitro покрытий TiO2 с включением серебра на титане с помощью термического испарения и микродугового оксидирования. Прибой. Пальто. Технол. 352, 600–608. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.050
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Эбрахими, Н., Заде, А.С.А.Х., Ваези, М.Р., и Мозафари, М. (2018). Новые двухслойные титановые имплантаты с покрытием из гидроксиапатита/глинозема и кремнезема с использованием метода плазменного напыления. Прибой. Пальто. Технол. 352, 474–482. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.022
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Эль Хадад, А. А., Гарсия-Гальван, Ф. Р., Мезур, М. А., Хикман, Г. Дж., Солиман, И. Э., Хименес-Моралес, А., и др. (2020). Органо-неорганические гибридные покрытия, содержащие прекурсоры фосфора, полученные методом золь-гель на сплаве Ti6Al4V: оценка электрохимической и биосовместимости in vitro.
Прог. Органическое пальто. 148:105834. doi: 10.1016/j.porgcoat.2020.105834
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ганапати, П., Манивасагам Г., Раджаманикам А. и Натараджан А. (2015). Исследования износа плазменного напыления Al2O3 и 8 молярного % стабилизированного иттрием покрытия ZrO2 на биомедицинском сплаве Ti-6Al-4V для применения в ортопедических суставах. Междунар. Дж. Наномед. 10(Прил. 1), 213–222. дои: 10.2147/IJN.S79997
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Гарсия-Касас, А., Агилера-Корреа, Дж. Дж., Медьеро, А., Эстебан, Дж., и Хименес-Моралес, А. (2019). Функционализация золь-гелевых покрытий фосфорорганическими соединениями для протезов. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 181, 973–980. doi: 10.1016/j.colsurfb.2019.06.042
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Giavaresi, G., Giardino, R., Ambrosio, L., Battiston, G.
, Gerbasi, R., Fini, M., et al. (2003). Биосовместимость in vitro оксида титана для протезов, наноструктурированных методом металлоорганического химического осаждения из паровой фазы под низким давлением. Междунар. Дж. Артиф. Органы. 26, 774–780. дои: 10.1177/0380302600811
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Грир, А.И., Лим Т.С., Брайдон А.С. и Гадегаард Н. (2016). Механическая совместимость золь-гель отжига с титаном для ортопедических протезов. Дж. Матер. науч. Матер. Мед. 27:21. doi: 10.1007/s10856-015-5611-3
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Gu, H., Ding, Z., Yang, Z., Yu, W., Zhang, W., Lu, W., et al. (2019). Эволюция микроструктуры и электрохимические свойства микро/нанокомпозитов TiO2/Ti-35Nb-2Ta-3Zr, полученных методом фрикционного перемешивания. Матер. Дизайн 169:107680. doi: 10.1016/j.matdes.2019.107680
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Gu, M.
, Lv, L., Du, F., Niu, T., Chen, T., Xia, D., et al. (2018). Влияние термической обработки на прочность сцепления и остеоиндуктивную активность однослойных листов графена на титановых подложках. Науч. Респ. 8:8141. дои: 10.1038/s41598-018-26551-w
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Го, Ю., Чен Д., Ченг М., Лу В., Ван Л. и Чжан X. (2013). Совместимость с костной тканью нового сплава Ti35Nb2Ta3Zr с низким модулем Юнга. Междунар. Дж. Мол. Мед. 31, 689–697. doi: 10.3892/ijmm.2013.1249
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Хафиз Н., Лю Дж., Ван Л., Вэй Д., Тан Ю., Лу В. и др. (2020). Сверхупругий отклик низкомодульного пористого сплава бета-типа Ti-35Nb-2Ta-3Zr, полученного методом лазерной плавки в порошковом слое. Доп.Производство. 34:101264. doi: 10.1016/j.addma.2020.101264
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хафиз Н., Лю С.
, Лу Э., Ван Л., Лю Р., Лу В. и др. (2019). Механическое поведение и фазовое превращение сплава β-типа Ti-35Nb-2Ta-3Zr, изготовленного методом 3D-печати. J. Alloys Compounds 790, 117–126. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.03.138
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хамди, Д. А., Цзян, З.-Т., Но, К., Рахман, М. М., Lee, P.-C., Truc, L.N.T., et al. (2019). Исследование биосовместимости многослойных гидроксиапатитовых покрытий, синтезированных на сплавах Ti-6Al-4V методом ВЧ-магнетронного напыления, для протезно-ортопедических имплантатов. Заяв. Серф. науч. 463, 292–299. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.08.157
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хан, Ю., Хонг, С.-Х., и Сюй, К. (2003). Структура и биологическая активность in vitro пленок на основе диоксида титана методом микродугового оксидирования. Прибой. Пальто.Технол. 168, 249–258. doi: 10.1016/s0257-8972(03)00016-1
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Hauschild, G.
, Hardes, J., Gosheger, G., Stoeppeler, S., Ahrens, H., Blaske, F., et al. (2015). Оценка костной интеграции тазобедренных протезов с PVD-покрытием на модели собаки. Биомед. Рез. Междунар. 2015:292406. дои: 10.1155/2015/292406
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Хэ, Ю., Чжан, Ю., Шэнь, X., Тао, Б., Лю Дж., Юань З. и соавт. (2018). Изготовление и свойства in vitro антибактериальных покрытий полидофамин-LL-37-POPC на титане, оксидированном микродугой. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 170, 54–63. doi: 10.1016/j.colsurfb.2018.05.070
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Hempel, F., Finke, B., Zietz, C., Bader, R., Weltmann, K.D., и Polak, M. (2014). Антимикробная модификация поверхности титановых подложек с помощью плазменно-иммерсионной ионной имплантации и осаждения меди. Прибой. Пальто. Технол. 256, 52–58. doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.01.027
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хенч, Л.
Л., и Уэст, Дж.К. (1990). Золь-гель процесс. Хим. Ред. 90, 33–72.
Академия Google
Хоркавцова Д., Новак П., Фиалова И., Черны М., Яблонска Э., Липов Дж. и соавт. (2017). Золь-гелевые покрытия Titania, содержащие серебро, на недавно разработанных сплавах TiSi и их антибактериальное действие. Матер.науч. англ. C Матер. биол. заявл. 76, 25–30. doi: 10.1016/j.msec.2017.02.137
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Hu, Y., Cai, K., Luo, Z., Zhang, Y., Li, L., Lai, M., et al. (2012). Регуляция дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток in vitro и остеогенеза in vivo путем микроокружающей модификации поверхностей титановых сплавов. Биоматериалы 33, 3515–3528. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.01.040
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хуанг, Х.-H., Shiau, D.-K., Chen, C.-S., Chang, J.-H., Wang, S., Pan, H., et al. (2019). Иммерсионная ионная имплантация азотной плазмы для повышения коррозионной стойкости, роста клеток кости и антибактериальной адгезии сплава Ti-6Al-4V в стоматологических применениях.
Прибой. Пальто. Технол. 365, 179–188. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.06.023
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хуанг, К., Элхули, Т.А., Лю, X., Чжан, Р., Ян, X., Шен, Z., и др. (2016). Реакция клеток SaOS-2 на макропористое покрытие TiO2 с включением бора, полученное микродуговым оксидированием на титане. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 67, 195–204. doi: 10.1016/j.msec.2016.05.051
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Huang, Q., Li, X., Elkhooly, T.A., Liu, X., Zhang, R., Wu, H., et al. (2018). Cu-содержащие покрытия TiO2 с модулирующим действием на поляризацию макрофагов и бактерицидную способность, полученные методом микродугового оксидирования на титановых подложках. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 170, 242–250. doi: 10.1016/j.colsurfb.2018.06.020
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Хусейн М.А., Адесина, А.Ю., Кумар, А.М.
, Сорур, А.А., Анках, Н., и Аль-Акили, Н. (2020). Механические, in-vitro коррозионные и трибологические характеристики покрытия TiN, полученного катодно-дуговым физическим осаждением из паровой фазы, на сплав Ti20Nb13Zr для биомедицинских применений. Тонкий. Твердые пленки 709:138183. doi: 10.1016/j.tsf.2020.138183
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Хван С., Лим С. Х. и Хан С. (2019). Тонкая пленка из сплава Ti–Mg с высокой адгезией и биоактивностью на полиэфиркетоне, сформированная методом PIII&D. Заяв. Серф. науч. 471, 878–886. doi: 10.1016/j.apsusc.2018.12.080
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Джемат, А., Газали, М.Дж., Разали, М., и Оцука, Ю. (2015). Поверхностные модификации и их влияние на титановые зубные имплантаты. Биомед. Рез. Междунар. 2015:7. дои: 10.1155/2015/7
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ji, M.K., Lee, M.
J., Park, S.W., Lee, K., Yun, K.D., Kim, H.S., et al.(2016). Оценка антибактериальной активности поверхности титана, модифицированной методом PVD/PACVD. Дж. Наноски. нанотехнологии. 16, 1656–1659. doi: 10.1166/jnn.2016.11924
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Цзинь Г., Цао Х., Цяо Ю., Мэн Ф., Чжу Х. и Лю Х. (2014). Остеогенная активность и антибактериальный эффект титана, имплантированного ионами цинка. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 117, 158–165. doi: 10.1016/j.colsurfb.2014.02.025
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Калиарадж, Г.С., Баванилатамутия М., Кирубахаран К., Рамачандран Д., Дхарини Т., Вишванатан К. и др. (2016). Биологически вдохновленный титан с покрытием YSZ методом EB-PVD для биомедицинских применений. Прибой. Пальто. Технол. 307, 227–235. doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.08.039
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Калияннан Г.
В., Паланисами С.В., Приянка Э.Б., Тангавел С., Сиварадж С. и Ратанасами Р. (2020). Исследование применения золь-гелевых покрытий в энергетике – обзор. Матер. Сегодня проц. doi: 10.1016/j.matpr.2020.03.484
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Канг Б.-Дж., Ким Х., Ли С.К., Ким Дж., Шен Ю., Юнг С. и др. (2014). Мезенхимальные стволовые клетки, полученные из пуповинной крови, посеянные на поликапролактоновое нановолокно, иммобилизованное фибронектином, улучшают сердечную функцию. Акта Биоматер. 10, 3007–3017. doi: 10.1016/j.actbio.2014.03.013
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Карбовничек, Дж., Muhaffel, F., Cempura, G., Cimenoglu, H., и Czyrska-Filemonowicz, A. (2017). Влияние состава электролита на микроструктуру, адгезию и биологическую активность покрытий микродугового оксидирования, полученных на биомедицинском сплаве Ti6Al7Nb. Прибой. Пальто. Технол. 321, 97–107. doi: 10.
1016/j.surfcoat.2017.04.031
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Картикеян Дж., Берндт С., Тикканен Дж., Редди С. и Герман Х. (1997). Плазменный синтез порошков и осадков наноматериалов. Матер. науч. англ. А 238, 275–286. doi: 10.1016/s0921-5093(96)10568-2
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Каур, М., и Сингх, К. (2019). Обзор титана и сплавов на основе титана как биоматериалов для ортопедических применений. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 102, 844–862. doi: 10.1016/j.msec.2019.04.064
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ке Д., Ву А. А., Бандйопадхьяй А. и Бозе С. (2019). Покрытие из легированного гидроксиапатита с регулируемым составом на титане с использованием лазерного и плазменного напыления для костных имплантатов. Акта Биоматер. 84, 414–423. doi: 10.1016/j.actbio.2018.11.041
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Киркланд, Н.
, Леспаньол, Дж., Бирбилис, Н., и Стайгер, М. (2010). Обзор скоростей биокоррозии магниевых сплавов. Коррозионная наука. 52, 287–291. doi: 10.1016/j.corsci.2009.09.033
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Котиан Р., Рао П. П. и Мадхьястха П. (2017). Рентгеноструктурный анализ гидроксиапатитовых покрытий в различных газовых средах плазмы на Ti и Ti-6Al-4V. евро. Дж. Дент. 11, 438–446. doi: 10.4103/ejd.ejd_100_17
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Куо, Т.-Ю., Чин, В.-Х., Чиен, К.-С., и Се, Ю.-Х. (2019). Механические и биологические свойства градиентно-пористых танталовых покрытий, нанесенных на имплантаты из титановых сплавов методом вакуумно-плазменного напыления. Прибой. Пальто. Технол. 372, 399–409. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.05.003
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лаусмаа, Дж., Касемо, Б.и Маттссон, Х. (1990). Спектроскопическая характеристика поверхности материалов титановых имплантатов.
Заяв. Серф. науч. 44, 133–146. дои: 10.1016/0169-4332(90)-е
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Lee, H., Liao, J.-D., Sivashanmugan, K., Liu, B.H., Weng, S.-L., Juan, Y.-D., et al. (2017). Двойные свойства пористого титана с покрытием из диоксида циркония для повышения жесткости биокаркаса. Матер. Дизайн 132, 13–21. doi: 10.1016/j.matdes.2017.06.053
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ли, Л.-H., Kong, Y.-M., Kim, H.-W., Kim, Y.-W., Kim, H.-E., Heo, S.-J., et al. (2004). Улучшенные биологические характеристики титановых имплантатов благодаря модификации поверхности микродуговым оксидированием. Биоматериалы 25, 2867–2875. doi: 10.1016/j.biomaterials.2003.09.048
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Li, X., Wang, L., Yu, X., Feng, Y., Wang, C., Yang, K., et al. (2013). Танталовое покрытие на пористом каркасе Ti6Al4V с использованием химического осаждения из паровой фазы и предварительной биологической оценки.
Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 33, 2987–2994. doi: 10.1016/j.msec.2013.03.027
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ли, Ю., Ван, В., Дуань, Дж., и Ци, М. (2017). Супергидрофильное покрытие с тройной иерархической структурой макро/микро/нано на титане, полученное двухступенчатой микродуговой оксидной обработкой, для биомедицинских применений. Прибой. Пальто. Технол. 311, 1–9. doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.12.065
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ли, Ю., Wang, W., Liu, H., Lei, J., Zhang, J., Zhou, H., et al. (2018). Формирование и выполнение in vitro/in vivo «кортикоподобных» микро/наноструктурированных покрытий TiO2 на титане с помощью микродугового оксидирования. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 87, 90–103. doi: 10.1016/j.msec.2018.02.023
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Li, Y., Wang, W., Yu, F., Wang, D., Guan, S.
, Li, Y., et al. (2020). Характеристика и цитосовместимость иерархических пористых покрытий TiO2, объединенных с кальцием и стронцием, путем одностадийного микродугового окисления. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 109:110610. doi: 10.1016/j.msec.2019.110610
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Лин, З., Ли, С.-Дж., Сан, Ф., Ба, Д.-К., и Ли, Х.-К. (2019). Поверхностные характеристики зубного имплантата, модифицированного низкоэнергетической имплантацией ионов кислорода. Прибой. Пальто. Технол. 365, 208–213. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.09.003
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю, Д., Ян, Т., Ма, Х., и Лян, Ю. (2020). Микроструктура, биотрибологические свойства и биосовместимость титановых поверхностей с дозированным включением циркония в аморфных углеродных биокерамических композитных пленках. Прибой. Пальто. Технол. 385:125391. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125391
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю С.
, Хань С., Чжан Л., Чен Л.-Ю., Ван Л., Чжан Л. и др. (2020а). Механизм упрочнения и микропиллярный анализ высокопрочного сплава эвтектического типа NiTi–Nb, полученного методом лазерной плавки в слое порошка. Композиты Часть B Eng. 200:108358. doi: 10.1016/j.compositesb.2020.108358
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Liu, S., Liu, J., Wang, L., Ma, R.L.-W., Zhong, Y., Lu, W., et al. (2020б). Сверхупругое поведение эвтектической реакции на месте, изготовленной из высокопрочного трехмерного пористого каркаса NiTi-Nb. Scripta Mater. 181, 121–126. doi: 10.1016/j.scriptamat.2020.02.025
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю, Ю.-К., Линь, Г.-S., Lee, Y.-T., Huang, T.-C., Chang, T.-W., Chen, Y.-W., et al. (2020). Микроструктура и клеточная реакция пористых гидроксиапатитовых покрытий на титановых дисках с использованием нового индуцированного парами порообразующего напыления атмосферной плазмой. Прибой..jpg)
Пальто. Технол. 393:125837. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125837
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Лю В., Ченг М., Вахафу Т., Чжао Ю., Цинь Х., Ван Дж. и др. (2015). Характеристики in vitro и in vivo стронцийсодержащего покрытия на низкомодульном сплаве Ti35Nb2Ta3Zr, сформированного методом микродугового оксидирования. Дж. Матер. науч. Матер. Мед. 26:203. doi: 10.1007/s10856-015-5533-0
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Лю, В., Лю, С., и Ван, Л. (2019). Модификация поверхности биомедицинского титанового сплава: микроморфология, эволюция микроструктуры и биомедицинские применения. Покрытия 9:249. doi: 10.3390/покрытия
49
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Любас М., Ясински Дж. Дж., Елен П. и Ситарз М.(2018). Влияние золь-гелевого покрытия ZrO 2 на прочность соединения Ti 99.2 – фарфор исследовано с помощью механических испытаний и рамановской спектроскопии. Дж. Мол. Структура 1168, 316–321. doi: 10.1016/j.molstruc.2018.04.086
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Lv, Y., Wu, Y., Lu, X., Yu, Y., Fu, S., Yang, L., et al. (2019). Микроструктура, биокоррозия и биологические свойства покрытий TiO2 с включением Ag: влияние содержания Ag2O. Керамика Интернешнл. 45, 22357–22367.doi: 10.1016/j.ceramint.2019.07.265
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Малеки-Галех Х., Хафези М., Хадипур М., Надернежад А., Агайе Э., Бехнамян Ю. и др. (2015). Влияние покрытия из силиката трикальция-магния на электрохимическое и биологическое поведение сплавов Ti-6Al-4V. PLoS One 10:e0138454. doi: 10.1371/journal.pone.0138454
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Мао, Ю., и Глисон, К.К. (2004). Химическое осаждение из паровой фазы полиглицидилметакрилата горячими нитями с использованием трет-бутилпероксида в качестве инициатора. Ленгмюр 20, 2484–2488. doi: 10.1021/la0359427
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Марш, Э.П., Квик, Т., Уленброк, С., и Краус, Б. (2010). Системы осаждения, системы ALD, системы CVD, методы осаждения, методы ALD и методы CVD. Патент США №: US20100075037A1. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.
Академия Google
Matter, P., and Burch, H. (1990). Клинический опыт с титановыми имплантатами, особенно с системой пластин с ограниченным контактом для динамической компрессии. Арх. Ортопедический травматологический хирург. 109, 311–313. дои: 10.1007/bf00636167
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Мохаммед Хусейн, С., и Талиб Мохаммед, М. (2019). Чистые и двухслойные золь-гелевые нанослои, полученные на новой поверхности титана, для несущих нагрузок. Матер. Сегодня проц. 18, 2217–2224. doi: 10.1016/j.matpr.2019.07.001
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Немати, А., Сагафи, М., Хамсе, С., Алибахши Э., Зарринтай П. и Саеб М. Р. (2018). Тонкие пленки TixNy с магнетронным напылением, нанесенные на сплавы на основе титана для биомедицинских применений: взаимосвязь состав-микроструктура-свойства. Прибой. Пальто. Технол. 349, 251–259. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.05.068
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Нииноми М., Лю Ю., Накаи М., Лю Х. и Ли Х. (2016). Биомедицинские титановые сплавы с модулями Юнга, близкими к модулям кортикальной кости. Реген.Биоматер. 3, 173–185. doi: 10.1093/rb/rbw016
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Отуки, К., Осака, А., Иида, Х., и Охта, К. (1999). Биосовместимый титановый имплантат. Патент США №: US 6544288 B2. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.
Академия Google
Оцука Ю., Кавагути Х. и Муто Ю. (2016). Циклическое расслаивание гидроксиапатитового покрытия, напыленного плазмой, на подложках Ti-6Al-4V в моделируемой жидкости организма. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 67, 533–541. doi: 10.1016/j.msec.2016.05.058
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Палла-Рубио Б., Араужо-Гомес Н., Фернандес-Гутьеррес М., Рохо Л., Суай Дж., Гурручага М. и др. (2019). Синтез и характеристика гибридных материалов кремний-хитозан в качестве антибактериальных покрытий для титановых имплантатов. Углевод. Полим. 203, 331–341. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.09.064
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Пан, Дж., Прабакаран, С., и Раджан, М. (2019). In-vivo оценка композитного покрытия, замещенного минералами, гидроксиапатита/полисорбитсебацината глутамата (PSSG) на металлическом титановом имплантате для ортопедической имплантации. Биомед. Фармацевт. 119:109404. doi: 10.1016/j.biopha.2019.109404
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Park, S.W., Lee, D., Lee, H.R., Moon, H.J., Lee, B.R., Ko, W.K., et al. (2015). Создание функционализированного полимерного нанослоя на поверхности имплантата с помощью инициированного химического осаждения из паровой фазы (iCVD). J. Colloid Interf. науч. 439, 34–41. doi: 10.1016/j.jcis.2014.10.018
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Прачар П., Бартакова С., Брезина В., Цврчек Л. и Ванек Дж. (2015). Цитосовместимость имплантатов, покрытых нитридом титана и нитридом циркония. Братислава. Лек. Листы. 116, 154–156. doi: 10.4149/bll_2015_031
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Рабадиа, К.Д., Лю, Ю.J., Chen, L.Y., Jawed, S.F., Wang, L.Q., Sun, H., et al. (2019). Деформационно-прочностные характеристики фаз Лавеса в титановых сплавах. Матер. Дизайн 179:107891. doi: 10.1016/j.matdes.2019.107891
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Рабадиа, К.Д., Лю, Ю.Дж., Ван, Л., Сунь, Х., и Чжан, Л.К. (2018). Выделение фазы Лавеса в сплавах Ti-Zr-Fe-Cr с высокой прочностью и большой пластичностью. Матер. Дизайн 154, 228–238. doi: 10.1016/j.матдес.2018.05.035
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ран, Р., Лю, Ю., Ван, Л., Лу, Э., Се, Л., Лу, В., и др. (2018). а? Механизм мартенситного и аморфного фазового превращения в сплаве tinbtazr с включением частиц tio2 при обработке трением с перемешиванием. Металлургический матер. Транс. А 49, 1986–1991 гг. doi: 10.1007/s11661-018-4577-4
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Робертсон, С. Ф., Бандйопадхьяй, А., и Бозе, С.(2019). Интерфейс нанотрубок титана для повышения адгезионной прочности золь-гелевых покрытий гидроксиапатита на Ti-6Al-4V для ортопедических применений. Прибой. Пальто. Технол. 372, 140–147. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.04.071
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ромеро-Гавилан Ф., Араужо-Гомес Н., Гарсия-Арнаес И., Мартинес-Рамос К., Элорца Ф., Аскаргорта М. и др. (2019). Влияние включения стронция в золь-гель биоматериалы на их адсорбцию белков и взаимодействие с клетками. Коллоидный прибой. Б Биоинтерф. 174, 9–16. doi: 10.1016/j.colsurfb.2018.10.075
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ромеро-Гавилан Ф., Араухо-Гомес Н., Санчес-Перес А.М., Гарсия-Арнаес И., Элорца Ф., Аскаргорта М. и др. (2018). Биоактивный потенциал кремнеземных покрытий и его влияние на адгезию белков к титановым имплантатам. Коллоидный прибой. Б Биоинтерфейсы 162, 316–325. doi: 10.1016/j.colsurfb.2017.11.072
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Салим, С., Ахмад Р., Аюб Р., Ихлак У., Джин В. и Чу П. К. (2017). Исследование наноструктурированной пленки оксида циркония на подложке Ti6Al4V для улучшения трибологических свойств, полученной PIII&D. Заяв. Серф. науч. 394, 586–597. doi: 10.1016/j.apsusc.2016.09.091
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сантос, Н. М., Мариано, С. Ф. М., и Уэда, М. (2019). Осаждение углеродных пленок в качестве защитного покрытия трубы из титанового сплава с использованием системы PIII&D. Прибой.Пальто. Технол. 375, 164–170. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.03.083
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сарраф, М., Разак, Б.А., Насири-Табризи, Б., Даббаг, А., Касим, Н.Х.А., Басирун, В.Дж., и соавт. (2017). Наномеханические свойства, износостойкость и характеристика in-vitro нанотрубок Ta2O5, покрывающих биомедицинский Ti-6Al-4V. Дж. Мех. Поведение Биомед. Матер. 66, 159–171. doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.11.012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Седельникова М.Б., Комарова Е.Г., Шаркеев Ю.П., Толкачева Т.В., Хлусов И.А., Литвинова Л.С. и др. (2017). Сравнительные исследования структуры и свойств микродуговых волластонит-кальций-фосфатных покрытий на сплаве титана и циркония-ниобия. Биоакт. Матер. 2, 177–184. doi: 10.1016/j.bioactmat.2017.01.002
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Шанаги, А., и Чу, П.К. (2019a). Повышение механических свойств и коррозионной стойкости сплава NiTi методом иммерсионной ионной имплантации в углеродной плазме. Прибой. Пальто. Технол. 365, 52–57. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.04.027
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шанаги, А., и Чу, П.К. (2019b). Исследование механизма коррозии NiTi, модифицированного углеродной плазменной иммерсионной ионной имплантацией (C-PIII), методом электрохимической импедансной спектроскопии. J. Alloys Compounds 790, 1067–1075. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.03.272
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шоу, Л. Л., Гоберман, Д., Ren, R., Gell, M., Jiang, S., Wang, Y., et al. (2000). Зависимость микроструктуры и свойств наноструктурированных покрытий от условий плазменного напыления. Прибой. Пальто. Технол. 130, 1–8. doi: 10.1016/s0257-8972(00)00673-3
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Шен, X., Пинг, Л., Ван, Л., Лю, К., Лю, Дж., и Дэн, З. (2020). Повышение стабильности и биологической активности микродуговых оксидированных пористых покрытий из фосфата кальция/диоксида титана путем предварительной обработки высокоэнергетической дробеструйной обработкой. Керамика Интернешнл. 46, 2041–2048. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.09.183
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ши, К., Цянь, З., Лю, Д., и Лю, Х. (2017). Модификация поверхности дентального титанового имплантата методом послойной электростатической самосборки. Фронт. Физиол. 8:574. doi: 10.3389/fphys.2017.00574
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Шиау, Д.-К., Ян, К.-Х., Сунь, Ю.-С., Ву, М.-Ф., Пан, Х., и Хуанг, Х.-ЧАС. (2019). Повышение реакции крови и антибактериальной адгезии поверхности титана с помощью иммерсионной ионной имплантации кислородной плазмы. Прибой. Пальто. Технол. 365, 173–178. doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.05.029
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сингх Д., Сингх Р., Бопараи К., Фарина И., Фео Л. и Верма А. К. (2018). In-vitro исследования биомедицинских имплантатов из нержавеющей стали 316 L, изготовленных методом FDM, сглаживания паром и литья по выплавляемым моделям. Композиты Часть B Eng. 132, 107–114. doi: 10.1016/j.compositesb.2017.08.019
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сомани, П.Р., Сомани, С.П., и Умено, М. (2006). Планирование нанографенов из камфоры методом CVD. Хим. физ. лат. 430, 56–59. doi: 10.1016/j.cplett.2006.06.081
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Соуза, Дж.К.М., Сорди, М.Б., Канадзава, М., Равиндран, С., Энрикес, Б., Сильва, Ф.С., и соавт. (2019). Наноразмерная модификация поверхности титановых имплантатов для улучшения остеоинтеграции. Акта Биоматер. 94, 112–131. doi: 10.1016/j.actbio.2019.05.045
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Тан Ю., Ву К., Тянь П., Чжао К. и Ву З. (2020). Изготовление и индуцированная минерализация биопьезоэлектрического керамического покрытия на титановых сплавах. Керамика Интернешнл. 46, 4006–4014. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.10.040
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Тангавел, Э., Дхандапани, В.С., Дхармалингам, К., Marimuthu, M., Veerapandian, M., Arumugam, M.K., et al. (2019). Покрытие NiTi/Ag, полученное методом радиочастотного магнетронного напыления, на подложке из титанового сплава с повышенной биосовместимостью и долговечностью. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 99, 304–314. doi: 10.1016/j.msec.2019.01.099
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Toirac, B., Garcia-Casas, A., Cifuentes, S.C., Aguilera-Correa, J.J., Esteban, J., Mediero, A., et al. (2020). Электрохимическая характеристика покрытий для местной профилактики кандидозных инфекций на биоматериалах на основе титана. Прогр. Органическое пальто. 146:105681. doi: 10.1016/j.porgcoat.2020.105681
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Уэда, М., Оливейра, Р. М., Росси, Дж. О., Мелло, С. Б., Рангель, Р. К. С., и Виейра, М. С. (2013). Усовершенствования процессов плазменно-иммерсионной ионной имплантации (PIII) и осаждения (PIII&D) для модификации поверхности материалов. Прибой. Пальто. Технол. 229, 97–104. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.057
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Вагабзаде С., Рой, М., Бандйопадхьяй, А., и Бозе, С. (2015). Оценка фазовой стабильности и биологических свойств гидроксиапатитовых покрытий, наносимых плазменным напылением, для ортопедических и стоматологических применений. Акта Биоматер. 17, 47–55. doi: 10.1016/j.actbio.2015.01.022
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Вирачами, С., Хамид, П., Сен, Д., Даш, С., и Манивасагам, Г. (2018). Исследования механической, биосовместимости и антибактериальной активности плазменных напыленных нано/микронных керамических двухслойных покрытий на сплаве Ti-6Al-4V для биомедицинского применения. Дж. Наноски. нанотехнологии. 18, 4515–4523. doi: 10.1166/jnn.2018.15332
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ван, Д., и Бирваген, Г. П. (2009). Золь-гель покрытия на металлах для защиты от коррозии. Прогр. Органическое пальто. 64, 327–338. doi: 10.1016/j.porgcoat.2008.08.010
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван Л., Лу В., Цинь Дж., Чжан Ф. и Чжан Д. (2009). Влияние холодной деформации на мартенситное превращение и механические свойства сплава Ti–Nb–Ta–Zr. J. Alloys Compounds 469, 512–518. doi: 10.1016/j.jallcom.2008.02.032
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, L., Qu, J., Chen, L., Meng, Q., Zhang, L.-C., Qin, J., et al. (2015). Исследование механизмов деформации в сплаве Ti-35Nb-2Ta-3Zr β-типа с помощью FSP, приводящего к упрочнению поверхности. Металлург. Матер. Транс. А 46, 4813–4818. doi: 10.1007/s11661-015-3089-8
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, Ю., Ю, Х., Чен, К., и Чжао, З. (2015). Обзор биосовместимости титановых сплавов, покрытых микродуговым оксидированием. Матер. Дизайн 85, 640–652. doi: 10.1016/j.matdes.2015.07.086
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван Л., Ван К., Чжан Л. К., Чен Л., Лу В. и Чжан Д. (2016). Фазовое превращение и деформационное поведение никель-титановой проволоки, соединенной эвтектикой NiTi-Nb. Науч. Респ. 6:23905. дои: 10.1038/srep23905
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, К., Qiao, Y., Cheng, M., Jiang, G., He, G., Chen, Y., et al. (2016). Переплетенный пористый титан, имплантированный танталом, способствует поверхностной остеоинтеграции и врастанию кости. Науч. Респ. 6:26248. дои: 10.1038/srep26248
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван Л., Ван Ю., Хуанг В., Лю Дж., Тан Ю., Чжан Л. и др. (2020). Растягивающее и сверхэластичное поведение Ti-35Nb-2Ta-3Zr с градиентной структурой. Матер. Дизайн 194:108961. doi: 10.1016/j.matdes.2020.108961
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, Q., Zhou, P., Liu, S., Attarilar, S., Ma, R.L., Zhong, Y., et al. (2020). Многомасштабная обработка поверхности титановых имплантатов для быстрой остеоинтеграции: обзор. Наноматериалы 10:1244. дои: 10.3390/nano10061244
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Wang, L., Xie, L., Lv, Y., Zhang, L.-C., Chen, L., Meng, Q., et al. (2017). Эволюция микроструктуры и сверхэластичное поведение в сплаве Ti-35Nb-2Ta-3Zr, обработанном трением с перемешиванием. Acta Mater. 131, 499–510. doi: 10.1016/j.actamat.2017.03.079
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Wang, L., Xie, L., Zhang, L.-C., Chen, L., Ding, Z., Lv, Y., et al. (2018). Эволюция микроструктуры и сверхэластичность слоистого пористого металла NiTiNb, полученного эвтектической реакцией. Acta Mater. 143, 214–226. doi: 10.1016/j.actamat.2017.10.021
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ван, С., Ян, К., Рен, Л., Шен, М.и Ян, К. (2014). Изучение антибактериальных характеристик медьсодержащего сплава на основе кобальта. Матер. лат. 129, 88–90. doi: 10.1016/j.matlet.2014.05.020
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ву, В.-Ю., Чан, М.-Ю., Сюй, Ю.-Х., Чен, Г.-З., Ляо, С.-К., Ли, К.-Х., и др. др. (2019). Биоприменение тонких пленок TiN, нанесенных с помощью мощного импульсного магнетронного распыления. Прибой. Пальто. Технол. 362, 167–175. doi: 10.1016/j.surfcoat.2019.01.106
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ся, К., Ma, X., Zhang, X., Li, K., Tan, J., Qiao, Y., et al. (2020). Улучшенные физико-химические и биологические свойства медицинского титана, имплантированного двойными ионами C/Cu. Биоакт. Матер. 5, 377–386. doi: 10.1016/j.bioactmat.2020.02.017
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Сяо М., Чен Ю. М., Бяо М. Н., Чжан X. Д. и Ян Б. К. (2017). Биофункционализация биомедицинских металлов. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 70 (ч. 2), 1057–1070. дои: 10.1016/мс.2016.06.067
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Xu, J., Li, Y., Zhou, X., Li, Y., Gao, Z.D., Song, Y.Y., et al. (2016). Graphitic C3 N4 — Сенсибилизированные слои нанотрубок TiO2: активируемая видимым светом эффективная безметалловая антимикробная платформа. Химия 22, 3947–3951. doi: 10.1002/chem.201505173
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Xu, R., Yang, X., Jiang, J., Li, P., Zhang, X., Wu, G., et al. (2015).Влияние плазменно-иммерсионной имплантации серебра на поверхностные характеристики и цитосовместимость пленок нитрида титана. Прибой. Пальто. Технол. 279, 166–170. doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.08.033
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ян, П., Хуанг, Н., Ленг, Ю., Ван, Г., Чжао, А., Чен, Дж., и соавт. (2007). Функциональные неорганические пленки производства PIII(-D) для модификации поверхности биоматериалов, контактирующих с кровью: параметры изготовления, характеристики и антитромботические свойства. Прибой. Пальто. Технол. 201, 6828–6832. doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.09.014
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Йетим, Т. (2017). Исследование коррозионных свойств технически чистого титана, легированного Ag, покрытого TiO 2 , в различных биологических средах. Прибой. Пальто. Технол. 309, 790–794. doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.10.084
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Юн, Ю. Х., Ли, С. Дж., Чой, Г. Р., Ли, Х.Р., Ли Д., Хео Д. Н. и соавт. (2019). Простая и легкая подготовка титанового имплантата, иммобилизованного рекомбинантным морфогенетическим белком-2 кости человека, с помощью метода инициированного химического осаждения из паровой фазы для стимулирования остеогенеза для применения в инженерии костной ткани. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 100, 949–958. doi: 10.1016/j.msec.2019.03.048
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Юсефи М., Дадашпур М., Хиджази М., Хасанзаде М., Behnam, B., de la Guardia, M., et al. (2017). Антибактериальная активность оксида графена как нового боевого наноматериала для борьбы с бактериями с множественной лекарственной устойчивостью. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 74, 568–581. doi: 10.1016/j.msec.2016.12.125
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ю Л., Джин Г., Оуян Л., Ван Д., Цяо Ю. и Лю Х. (2016). Антибактериальная активность, остеогенное и ангиогенное поведение медьсодержащего титана, синтезированного PIII&D. Дж. Матер. хим. Б 4, 1296–1309. дои: 10.1039/c5tb02300a
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Ю Л., Тянь Ю., Цяо Ю. и Лю Х. (2017). Mnсодержащая поверхность титана с благоприятными остеогенными и антимикробными функциями, синтезированная PIII&D. Коллоидный прибой. B Биоинтерфейсы 152, 376–384. doi: 10.1016/j.colsurfb.2017.01.047
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Ю, Ю., Цзинь, Г., Сюэ, Ю., Ван, Д., Лю, X., и Сунь, Дж. (2017). Многофункциональность титана, совместно имплантированного с двойным ионом Zn/Mg, в отношении остеогенеза, ангиогенеза и ингибирования бактерий для зубных имплантатов. Акта Биоматер. 49, 590–603. doi: 10.1016/j.actbio.2016.11.067
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чжан, К., Дин, З., Се, Л., Чжан, Л.-К., Ву, Л., Фу, Ю., и др. (2017). Электрохимическое поведение и поведение in vitro наноразмерных композитов Ti-6Al-4V и TiO2, изготовленных методом фрикционного перемешивания. Заяв. Серф. науч. 423, 331–339. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.06.141
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, Л. К., и Чен, Л. Ю. (2019). Обзор биомедицинских титановых сплавов: последние достижения и перспективы. Доп. англ. Матер. 21:1215. doi: 10.1002/адем.201801215
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, Л.-К., Чен, Л.-Ю., и Ван, Л. (2020). Модификация поверхности титана и титановых сплавов: технологии, разработки и интересы будущего. Доп. англ. Матер. 22:1258. doi: 10.1002/адем.2018
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Zhang, X., Peng, Z., Lu, X., Lv, Y., Cai, G., Yang, L., et al. (2020). Эволюция микроструктуры и биологические характеристики покрытия TiO2 с медью, полученного путем одностадийного микродугового оксидирования. Заяв. Серф. науч. 508:144766. doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144766
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжан, М., Пу, X., Чен, X.и Инь, Г. (2019). Эффективность биоактивного стеклокерамического покрытия на основе CaO-MgO-SiO2 методом плазменного напыления на сплаве Ti-6Al-4V in vivo для регенерации кости. Гелион 5:e02824. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02824
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Zhang, X., Li, C., Yu, Y., Lu, X., Lv, Y., Jiang, D., et al. (2019). Характеристика и свойства бифункциональных покрытий TiO2 для микродугового оксидирования, содержащих цинк: влияние различных источников цинка. Керамика Интернешнл. 45, 19747–19756. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.06.228
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжао Дж., Го Ю., Лан А., Луо В., Ван Х., Фу Л. и др. (2018). Влияние поверхности титана, обработанной химическим осаждением из паровой фазы с усилением аминоплазмы, на клетки Шванна. Дж. Биомед. Матер. Рез. А 106, 265–271. doi: 10.1002/jbm.a.36167
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чжэн, Л., Цянь, С.и Лю, XY (2020). Индуцированная антибактериальная способность покрытий TiO2 в видимом свете посредством имплантации ионов азота. Пер. Цветные металлы Soc. Китай 30, 171–180. doi: 10.1016/S1003-6326(19)65189-7
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Чжун, С.-П. (1999). Способ нанесения на подложку биоактивного/биосовместимого покрытия. Патент США №: US5869127A. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.
Академия Google
Чжун, С.-П. (2001). Гибридное покрытие для медицинских устройств. Патент США №: US-6179817-B1. Вашингтон, округ Колумбия: Ведомство США по патентам и товарным знакам.
Академия Google
Zhu, C., Lv, Y., Qian, C., Qian, H., Jiao, T., Wang, L., et al. (2016). Пролиферация и остеогенная дифференциация крысиных СККМ на новом нанокомпозите с металлической матрицей Ti/SiC, модифицированном трением с перемешиванием. Науч. Респ. 6:38875. дои: 10.1038/srep38875
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Чжу, Дж., Ван С., Коу Л., Чжэн Л. и Чжан Х. (2020). Прогноз параметров управления, соответствующих летящим частицам в атмосферном плазменном аэрозоле, с использованием сверточных нейронных сетей. Прибой. Пальто. Технол. 394:125862. doi: 10.1016/j.surfcoat.2020.125862
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google
Зябка, М., Киска, Дж., Тренчек-Заяц, А., Радецка, М., Холева-Ковальска, К., Бисеник, И., и соавт. (2020). Антибактериальные композитные гибридные покрытия ветеринарных медицинских имплантатов. Матер. науч. англ. C Матер. биол. заявл. 112:110968. doi: 10.1016/j.msec.2020.110968
Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google
Введение в титановый сплав
Чистый титан часто смешивают с другими металлами или химическими элементами. Наличие этих дополнительных металлов и химических элементов, известного как титановый сплав, изменяет его физические свойства. Чистый титан сам по себе относительно прочен — примерно такой же прочности, как сталь, — но он становится еще прочнее при смешивании с другими металлами и химическими элементами.Однако титановый сплав предлагает другие преимущества, помимо повышенной прочности.
Что такое титановый сплав?
Титановый сплав представляет собой сплав, состоящий в основном из чистого титана с другими различными металлами или химическими элементами, распределенными по всему объему. Он производится путем смешивания определенного соотношения титана с другими металлами и химическими элементами. После достижения идеального соотношения смеси дают остыть. Затем закаленный материал продается, транспортируется или иным образом используется в качестве титанового сплава.
Классификация титанового сплава
Хотя весь титановый сплав состоит из чистого титана, смешанного с другими металлами или химическими элементами, существует несколько его классификаций. Альфа-титановые сплавы, например, характеризуются использованием альфа-стабилизатора, такого как алюминий или кислород. С другой стороны, титановые сплавы, близкие к альфа, содержат небольшое количество стабилизаторов бета-стадии.
Как и в случае с другими широко используемыми металлами и сплавами, ASTM International имеет стандарты классификации титановых сплавов.Эти стандарты варьируются от класса 1 до класса 38. Титановый сплав класса 1 является самым мягким и пластичным типом, что упрощает манипулирование с помощью процессов холодной штамповки металлов. Титан марки 38, наоборот, имеет гораздо более высокую прочность на растяжение. На самом деле он настолько прочен, что военные используют его для производства броневых панелей.
Преимущества титанового сплава
Каковы преимущества титанового сплава? Что ж, как упоминалось ранее, существует множество различных типов титановых сплавов, каждый из которых имеет различное сочетание и/или соотношение чистого титана с другими металлами или химическими элементами.Поэтому преимущества титанового сплава варьируются в зависимости от конкретного типа. При этом большинство типов титановых сплавов имеют несколько общих характеристик, которые делают их привлекательным выбором.
обладает высокой прочностью на растяжение. Чистый титан прочнее стали, но когда к нему примешиваются правильные металлы или химические элементы, он становится еще прочнее. В результате титановый сплав часто используется в приложениях, требующих исключительно прочного материала.
Помимо прочности, титановый сплав обеспечивает высокий уровень защиты от коррозии.Многие типы титановых сплавов покрыты тонким слоем оксида. Присутствие этого оксида образует барьер, защищающий нижележащие металлы от коррозии.
Нет тегов для этого поста.Титановый сплав
| Знаете ли вы? Пружины автомобильной подвески можно было бы легко изготовить с использованием титана, который может значительно снизить вес, но проблемой является нехватка титана и, конечно же, цена, по которой этот металл доступен. Цена титана должна быть снижена как минимум на 30%, чтобы сделать его пригодным для использования в автомобилях массового производства. |
Использование титана и титановых сплавов началось в начале 1950-х годов. Вскоре он становится очень популярным в аэрокосмической, энергетической и химической промышленности по всему миру. Титан и его сплавы являются лучшим выбором материалов для различных критических применений благодаря их высокому соотношению прочности к весу, отличным механическим свойствам и характеристикам коррозионной стойкости. Титановые сплавы используются для многих важных высокотехнологичных применений, таких как вращающиеся и статические компоненты газотурбинных двигателей и детали авиационных двигателей.
Другие области применения титановых сплавов:| Атомные электростанции | Предприятия пищевой промышленности | Теплообменники для нефтеперерабатывающих заводов |
| Морские компоненты | Медицинские протезы |
Почти 80% всего производимого в мире титана используется в аэрокосмической промышленности.
|
— легкий, прочный, блестящий, устойчивый к коррозии переходный цветной металл.Его можно легко сплавить с другими элементами/металлами, включая железо, алюминий, ванадий, молибден и другие, для производства прочных легких сплавов для аэрокосмической и других областей применения. Преимущества титана можно резюмировать следующим образом:
- Эксплуатационная способность при повышенных температурах 350–1000 °F
- Превосходное сопротивление усталости и разрушению
- Отличное соотношение прочности и веса
- Совместимость с углеродными/эпоксидными материалами
- Используется в составе контейнеров батарей и в качестве анода в щелочных батареях.
- Биосовместимость
- Превосходная стойкость к окислению и коррозии
- Немагнитный характер
- Огнестойкость
- Короткий период полураспада радиоактивных веществ
Типы титановых сплавов
Титановые сплавы классифицируются как сплавы Альфа (а), Альфа-Бета (а-ß) и Бета (ß) на основе содержащихся в них легирующих элементов. В следующей таблице поясняются и сравниваются эти три титановых сплава:
| Альфа-сплавы (а) | Сплавы альфа-бета (a-ß) | Бета-сплавы (ß) |
| Альфа-сплавы обычно имеют более высокое сопротивление ползучести, чем бета-сплавы.Альфа-сплавы подходят для применения при несколько повышенных температурах. Они также иногда используются для криогенных применений. Альфа-сплавы обладают достаточной прочностью, ударной вязкостью и свариваемостью для различных применений, но не так легко поддаются ковке, как многие бета-сплавы. Альфа-сплавы нельзя упрочнить термической обработкой. | СплавыAlpha-Beta имеют химический состав, который приводит к смеси альфа- и бета-фаз. Бета-фаза обычно находится в диапазоне от 10 до 50% при комнатной температуре.Сварке поддаются сплавы с содержанием бета-частиц менее 20%. Наиболее часто используемый титановый сплав — Ti-6Al-4V, сплав альфа + бета. В то время как Ti-6Al-4V довольно трудно формовать, другие альфа + бета-сплавы обычно имеют лучшую формуемость. | СплавыBeta обладают хорошей способностью к ковке. Лист из бета-сплава подвергается холодной штамповке в обработанном раствором состоянии. Бета-сплавы склонны к температуре перехода от пластичности к хрупкости. Бета-сплавы можно упрочнить термической обработкой.Обычно бета-сплавы растворяются с последующим старением для образования мелкодисперсных частиц в матрице бета-фазы. |
Ниже приведены несколько распространенных титановых сплавов в соответствии с приведенной выше классификацией:
| Альфа-сплавы (а) | Сплавы альфа-бета (a-ß) | Бета-сплавы (ß) |
| Ти-2.5Cu | Ти-6Ал-4В | Ti-13V-11Cr-3Al |
| Ti-5Al-2,5Sn | Ти-6Ал-6В-2Сн | Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al |
| Ти-8Ал-1В-1Мо | Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo | Ти-10В-2Фе-3Ал |
| Ти-6242 | Ти-3Ал-2,5В | Ти-15-3 |
| Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8 Пн | Ти-8Ал-1Мо-1В | —— |
| Ti-5Al-5Sn-2Zr-2Mo | —— | —— |
Дополнительные области применения титановых сплавов
- Артиллерия (гаубицы)
- Турбины (электроэнергетика)
- Пилотируемые и беспилотные летательные аппараты (коммерческие и военные самолеты, винтокрылы)
- Автомобилестроение (мотоциклы, спортивные автомобили)
- Военная техника (танки, суда на воздушной подушке) .
- Военно-морские и морские применения (надводные суда, подводные лодки)
- Спортивное оборудование (велосипедные рамы, клюшки для гольфа)
- Заводы химической переработки (нефтехимические, нефтяные платформы)
- Бытовая электроника (батарейки, часы)
- Целлюлозно-бумажная промышленность (моечные и отбеливающие установки)
- Медицинские изделия (имплантаты, инструменты)
- Архитектура (скульптуры)
Формование, характеристики и промышленное применение
Титан и его сплавы являются одним из важных инженерных материалов, которые становятся все более популярными для аэрокосмических и биомедицинских применений благодаря широкому спектру желаемых свойств.Однако на эти уникальные свойства титана и его сплавов сильно влияют различные параметры, включая химический состав, микроструктуру, детали изготовления и историю термообработки. С другой стороны, в последние годы наблюдается значительный интерес к разработке передовых титановых сплавов с наноструктурной, ультрамелкозернистой и/или аморфной структурой для достижения более высоких характеристик по сравнению с их обычными крупнозернистыми аналогами. Эти новые титановые сплавы демонстрируют несравненную пластичность по сравнению с обычными титановыми сплавами.В этой книге освещаются последние достижения в понимании образования, характеристик и применения титановых сплавов, и она содержит следующие темы: В первой главе рассматривается значение титана и различных сплавов на основе титана, используемых в различных областях, их коррозионные характеристики и механизмы деградации. Во второй главе исследуются научные вопросы термомеханической обработки титановых сплавов с целью полного понимания микроструктуры материалов, в том числе того, как на нее можно воздействовать или манипулировать в процессе производства и обработки, чтобы оценить пригодность материала для данного применения.В третьей и четвертой главах показано применение технологии быстрого производства — селективного лазерного плавления (SLM) для производства CP-Ti и биомедицинских титановых сплавов бета-типа. В седьмой главе представлены формирование и свойства биомедицинских титановых сплавов, полученных методами порошковой металлургии. В восьмой главе рассказывается об изготовлении и коррозионных свойствах не содержащих никеля TiZrCuPdSn BMG, приготовленных различными способами. Глава девятая посвящена текущему прогрессу в формировании и характеристикам объемных композитов с металлической стеклянной матрицей на основе титана.В главах десятой-одиннадцатой рассматривается стратегия формирования композитов с множественной микроструктурой в масштабе длины для одновременного повышения прочности и пластичности наноструктурированных титановых сплавов. Таким образом, эта книга способствует дальнейшему пониманию формирования, характеристик и промышленного применения многих типов титановых сплавов.
Титановые сплавы: атлас структур и особенностей разрушения
Описание книги
Признанные своей превосходной прочностью, устойчивостью к коррозии/окислению и биосовместимостью, титановые сплавы особенно интересны инженерам, ученым и металлургам в аэрокосмической, биомедицинской и других отраслях промышленности. Титановые сплавы: атлас структур и характеристик излома В используются отмеченные наградами микрофотографии и фрактограммы, чтобы проиллюстрировать, как на микроструктуру сплава влияют различные термомеханические обработки, присутствующие в реальных условиях эксплуатации.
Эта книга является первой в своем роде, в которой собраны характеристики микроструктуры и разрушения титановых сплавов и алюминидов титана, а также отражены их фрактографические характеристики вместе с условиями, приведшими к разрушению. Автор обсуждает физическую металлургию титановых сплавов как стандарт для наблюдения за микроструктурами и их разрушениями.Затем она сочетает умелое использование сканирующей электронной микроскопии в анализе разрушения и внимательное отношение к деталям, чтобы визуально представить поверхности разрушения, возникающие при различных условиях нагрузки, включая вязкие, усталостные, межкристаллитные трещины и трещины скалывания. Особенно полезная для тех, кто занимается анализом отказов компонентов из титанового сплава, книга включает тематическое исследование, в котором применяются ключевые критерии отказа при эксплуатации дефектного компонента из титанового сплава.
Поддерживаемый дополнительными справочными данными, такими как типы, составы, фазовые превращения, микроструктуры и типичные фрактограммы, Титановые сплавы: Атлас структур и признаков разрушения предлагает исключительное понимание корреляций структура-свойство титановых сплавов.
Содержание
Введение в фрактографию
разрыв Разрыв
Усталость
Межзамулярное
Металлуртура
Физическая металлургия титановых сплавов
Введение
Применение титановых сплавов
Влияние легирующих элементов
Типы титановых сплавов
альфа (α) сплавов
вблизи α-сплавов
α + β сплавов
Метастабильные β сплавов
бета-сплавы
титановые алюминия
Микроструктура титановых сплавов
обычные титановые сплавы
титановые алюминия
химические композиции
ALPHA сплавов
около-альфа-сплавов
Alpha + Beta Сплавов
бета-сплавы
титановые алюминия
Ti 3 AL-сплавы на основе AL
Tial на основе сплавов
Телословное исследование: Отчет о провале IMI 550 Компрессор высокого давления (HPC-I) Aero Двигатель
Введение по
Исследование
Химический анализ
Микроструктура
Фрактография
Влияние концентрации напряжений на надрезе
Анализ отложений
Заключение
Ссылки
Алфавитный указатель