Материаловедческие аспекты технологии производства компонентов эндопротезов из титановых сплавов

• Автор: Левочкин, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Состояние вопроса.
1.1. Особенности конструкции и эксплуатации компонентов эндопротезов и требования к биологическим и физикомеханическим свойствам материалов.
1.2. Характеристика титана и его сплавов как материалов для имплантации.
1.3. Влияние технологии производства полуфабрикатов на структуру и свойства титановых сплавов.
1.4. Опыт применения новых технологий для оптимизации структуры и свойств титановых сплавов.
1.5. Заключение по литературному обзору и постановка задачи исследования.
Глава II. Объекты и методы исследования.
2.1. Обоснование выбора материалов.
2.2. Методы исследования.
Глава III. Теоретическое и экспериментальное исследование напряженно-
деформированного состояния и механического поведения системы
«бедренная кость - цементная мантия - бедренный компонент
эндопротеза» при функциональных нагрузках.
3.1. О принципах проектирования и конструктивных особенностях
бедренных компонентов эндопротезов цементной фиксации.
3.2. Компьютерное моделирование напряженно-деформированного
состояния системы «бедренная кость - цементная мантия -бедренный компонент эндопротеза».
3.3. Экспериментальное исследование напряжений и деформаций в
ножке бедренного компонента эндопротеза СФЕН.

Глава IV. Преобразование структуры и повышение комплекса механических и технологических свойств литых и деформированных заготовок ножек эндопротезов термоводородной обработкой.
4.1. Влияние термоводородной обработки на структуру литых заготовок ножек эндопротезов ИМПЛАНТ-Ц.
4.2. Влияние термоводородной обработки на структуру деформированных заготовок ножек эндопротезов СФЕН.
4.3. Исследование механических и технологических свойств заготовок ножек эндопротезов.
4.3.1. Повышение механических и усталостных свойств литых заготовок ножек ИМПЛАНТ-Ц термоводородной обработкой
4.3.2. Влияние термоводородной обработки на чистоту поверхности при механической полировке ножек СФЕН.
Глава V. Разработка и результаты применения новых технологий производства ножек эндопротезов цементной фиксации.
5.1. Разработка технологии фасонного литья заготовок ножек эндопротезов ИМПЛАНТ-Ц.
5.2. Оптимизация вырезки заготовок ножек эндопротезов СФЕН из плиты сплава ВТ20.
5.3. Совершенствование технологии ионного азотирования ножек эндопротезов.
Выводы по работе.
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Разработка и производство высококачественных импортозамещающих имплантатов, предназначенных для временного или постоянного функционирования в организме человека при лечении травм и заболеваний опорнодвигательного аппарата и других систем организма, является важной технической, экономической и социальной задачей. Ее эффективное решение возможно только при комплексном научно-обоснованном подходе к выбору материалов, разработке технологий их обработки и производства изделий, систем испытаний и контроля качества, технике хирургических операций и другим тесно связанным между собой проблемам. В настоящее время одним из металлических материалов, применяемых для имплантации, является титан и его сплавы. При безусловном выполнении требований биологической совместимости (сочетания коррозионной стойкости в агрессивных жидкостях организма и нетоксичное™) титан и его сплавы в качестве материала для силовых элементов имплантируемых конструкций, в частности эндопротезов, имеют целый ряд преимуществ перед альтернативными материалами - нержавеющими сталями и кобальт-хром-молибденовыми сплавами: меньший удельный вес и модуль упругости, более высокую удельную прочность, способность к остеоинтеграции и др. Однако специфические недостатки титановых сплавов, проявляющиеся при попытках использования их в некоторых элементах эндопротезов, например, узлах трения искусственных суставов, заставляют большинство фирм-производителей отказываться от применения титана в этих элементах конструкций. Это в свою очередь приводит к снижению многих

рекристаллизуется в той или иной степени при нагреве под следующую операцию, оно-то и служит в ней как исходное. Целенаправленным подбором режимов деформации и отжига удается измельчить литое зерно в 10-20 раз [56].
При содержании в сплаве не более 3-5% р-фазы, она не оказывает существенного влияния на характер его структурообразования. При горячей деформации в качестве исходной такой сплав всегда имеет структуру пластинчатого типа, характерную для предшествующей обработки в Р-области. Деформация а-титана осуществляется путем скольжения и двойникования [63, 64]. Под влиянием этих двух механизмов формируется очень неоднородная структура. В результате рекристаллизации после деформации в а-области сплав имеет зеренную полиэдрическую структуру, в которой небольшое количество второй фазы существует в виде отдельных частиц неправильной формы, расположенных на стыках а-зерен равноосной формы. Размер а-зерна в зависимости от химического состава и обработки составляет 10-100 мкм, что обычно на 1-2 порядка меньше размера Р-зерна, формирующегося в а-сплавах при обработке в Р-области. При теплой и холодной деформации также формируется полиэдрическая структура с а-зерном равноосной формы, размер которого составляет 2-10 мкм [56].
При обработке в температурном интервале (а+Р)-области а- и р-фазы сосуществуют в соизмеримом количестве и подвергаются деформации одновременно, в результате чего Р-зерна и а-пластины сплющиваются, изгибаются, стремятся вытянуться вдоль направления течения металла, образуя волокнистую структуру (рис. 1.9). Наряду с изгибанием зерен и пластин при деформации в (а+Р)-области происходит трансформация исходной пластинчатой структуры в глобулярную с образованием ультрамелкозернистой структуры (размер зерна не более 10 мкм). Практически полной сфероидизации с