Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty

Transkript

1 Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty josef.strasky@gmail.com

2 Titan Saturn a TITAN sonda Pioneer, 26. srpen 1976

3 Titan

4 Titan

5 Titan Unikátní vlastnosti titanu + nejvyšší poměr mezi pevností a hustotou ze všech kovových materiálů (tzv. specifická pevnost) + odoolnost vůči creepu (velmi pevný i při vysokých teplotách) + vysoká pevnost v tahu větší než u oceli při 42% úspory hmoty + vysoká korozní odolnost + vysoká biokompatibilita + oproti oceli nižší Youngův modul pruž. v tahu (E Ti = 110 GPa, E Fe >> 220 GPa)

6 Titan - krystalografie α fáze hexagonální těsně uspořádaná a = 2,9 Å; c = 4,7 Å β fáze kubická prostorově centrovaná a = 3,3 Å alotropická transformace - β transus 882 C

7 Fázové diagramy Stabilizační prvky α - stabilizátory β- stabilizátory izomorfní β- stabilizátory eutektoidní α slitiny; α + β slitiny; metastabilní β slitiny

8 Slitiny Ti α slitiny; α + β slitiny; metastabilní β slitiny

9 Příklad 1 Fázové transformace změna mechanických vlastností Slitina TIMET LCB (low cost beta) Využití: pružiny automobilů Výrazná změna mechanických vlastnosti v závislosti na teplotě a čase žíhání Vysvětlení fázové transformace, pohyb dislokací Transformace β ω - vznik velmi jemných částic (~20 nm) překážka pro pohyb dislokací zpevnění (a zkřehnutí) Transformace ω α - vznik a následný růst precipitátů odpevnění Rentgenová difrakce

10 Příklad 1 Fázové transformace změna mechanických vlastností Slitina TIMET LCB (low cost beta) Využití: pružiny automobilů Výrazná změna mechanických vlastnosti v závislosti na teplotě a čase žíhání Vysvětlení fázové transformace, pohyb dislokací Transformace β ω - vznik velmi jemných částic (~20 nm) překážka pro pohyb dislokací zpevnění (a zkřehnutí) Transformace ω α - vznik a následný růst precipitátů odpevnění Skenovací elektronová mikroskopie Měření mikrotvrdosti

11 Příklad 2 Povrchová úprava pro implantáty Slitina Ti-6Al-4V Využití: vyvinuto pro kosmický program, využití v letectví, kloubní implantáty Pro růst kostních buněk nutná povrchová úprava vhodná morfologie, vhodné chemické složení Skenovací elektronová mikroskopie studium povrchových a podpovrchových vrstev Metoda EDX studium chemického složení

12 Příklad 2 Povrchová úprava pro implantáty Slitina Ti-6Al-4V Využití: vyvinuto pro kosmický program, využití v letectví, kloubní implantáty Pro růst kostních buněk nutná povrchová úprava vhodná morfologie, vhodné chemické složení 3D rekonstrukce adheze buněk na povrchu (A) - plasmové nanášení TiO2, (B) - EDM - electric discharge machining (elektroerozivní obrábění )

13 Děkuji za pozornost