Wpływ dużego odkształcenia na mikrostrukturę i właściwości stopu Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr do zastosowań biomedycznych

Numer:2016/21/B/ST8/01965
Program/Konkurs: Opus
Jednostka finansująca: NCN
Kierownik projektu: dr hab. inż. Halina Garbacz, prof. PW
Funkcja: Kierownik projektu
Czas realizacji: 2017-2020
 
Opis
Biomedyczne stopy beta Ti są nową generacją biomateriałów metalicznych o właściwościach sprężystych zbliżonych do właściwości ludzkich kości. Unikalne cechy tych materiałów wynikają z niskiej stabilności termodynamicznej fazy regularnej uzyskiwanej podczas przesycania. Powszechne stosowanie stopów beta Ti jest jednak utrudnione z powodu zachodzenia niepożądanych przemian fazowych (faza omega i martenzytyczna) indukowanych odkształceniem plastycznym i obróbką cieplną. Stop Ti-29Nb-13Ta-4,6Zr (TNTZ) należy do niewielu komercyjnych stopów nowej generacji, zachowujących jednofazową strukturę nawet po odkształceniu plastycznym. Charakteryzuje się on jednym z najniższych modułów Younga (ok. 60 GPa) w grupie stopów Ti do zastosowań biomedycznych. Główną wadą tego materiału jest wytrzymałość, niższa od powszechnie wykorzystywanego w medycynie stopu Ti6Al4V. Rozdrobnienie ziarna i zwiększenie gęstości dyslokacji może pozwolić na silne umocnienie stopu TNTZ z zachowaniem niskiego modułu Younga. Efektywną drogą uzyskania takiego efektu jest zastosowanie dużego odkształcenia plastycznego (SPD), które umożliwia przebudowę mikrometrycznej struktury materiałów, w strukturę ultra drobnoziarnistą i nanometryczną poprzez reorganizację struktury dyslokacyjnej. Silnemu rozdrobnieniu mikrostruktury i wzrostowi gęstości dyslokacji, oprócz intensywnego efektu umacniającego, towarzyszy poprawa innych cech użytkowych.

Projekt dotyczy aktualnych zagadnień w dziedzinie inżynierii materiałowej w obszarze nano- i biomateriałów. Poprzez zastosowanie do uzyskania nanostruktury metody walcowania, realizacja projektu ma także duże znaczenie w kontekście przeniesienia korzystnych właściwości materiałowych uzyskiwanych w warunkach laboratoryjnych do skali przemysłowej. Poznanie i kompleksowa analiza wpływu dużego odkształcenia plastycznego na właściwości użytkowe stopu TNTZ, oprócz poszerzenia wiedzy z zakresu badań podstawowych, może przyczynić się do zaprojektowania optymalnego materiału na implanty kostne. Ostatecznie, planowane prace teoretyczne pozwolą zrozumieć nieznane zasady oddziaływań pierwiastków stopowych w układach wieloskładnikowych, ujawniając mechanizmy odpowiedzialne za ich unikalne właściwości, umożliwiając tym samym dalszy rozwój nowej generacji biomedycznych stopów Ti.