Details

Целью данной работы является исследование структуры и свойств титановых сплавов Ti15Ta, Ti10Ta2Nb2Zr и Ti13Nb13Zr5Cu, полученных методом селективного лазерного плавления (СЛП), а также оценка возможности формирования мультиматериальных соединений на их основе для применения в эндопротезировании тазобедренного сустава. В работе на основании анализа литературы предложена концепция тазобедренного эндопротеза с зонально-дифференцированными свойствами, изготавливаемого методом мультиматериального СЛП. Подобраны режимы печати для трёх сплавов, исследованы их микроструктура, фазовый состав и механические свойства в состоянии после СЛП и после термической обработки. Изготовлены мультиматериальные соединения трёх комбинаций сплавов, изучены строение и химический состав переходных зон, распределение микротвёрдости и характер разрушения при растяжении. Задачи выпускной квалификационной работы: - Провести анализ современных подходов к эндопротезированию тазобедренного сустава, титановых биомедицинских сплавов и технологий мультиматериального селективного лазерного плавления; - Подобрать режимы селективного лазерного плавления для получения плотных образцов исследуемых сплавов; - Исследовать микроструктуру, фазовый состав и механические свойства образцов после СЛП; - Изготовить мультиматериальные соединения на основе выбранных титановых сплавов; - Провести анализ структуры и свойств переходных зон мультиматериальных соединений; - Оценить перспективы применения исследуемых материалов и мультиматериальных конструкций в ортопедических имплантатах.

The aim of this work is to investigate the structure and properties of Ti15Ta, Ti10Ta2Nb2Zr and Ti13Nb13Zr5Cu titanium alloys produced by selective laser melting (SLM), as well as to evaluate the feasibility of forming multi-material joints based on these alloys for application in hip arthroplasty. Based on a literature review, a concept of a hip endoprosthesis with zone-differentiated properties manufactured by multi-material SLM is proposed in the work. SLM process parameters were selected for the three alloys; their microstructure, phase composition and mechanical properties were investigated in the as-built and heat-treated conditions. Multi-material joints of three alloy combinations were fabricated; the structure and chemical composition of the transition zones, the microhardness distribution and the tensile fracture behavior were studied. The research set the following tasks: - To review current approaches to hip arthroplasty, biomedical titanium alloys, and multi-material selective laser melting technologies; - To select selective laser melting process parameters for producing dense samples of the studied alloys; - To investigate the microstructure, phase composition and mechanical properties of the as-built samples; - To fabricate multi-material joints based on the selected titanium alloys; - To analyze the structure and properties of the transition zones of the multi-material joints; - To assess the prospects for the application of the studied materials and multi-material structures in orthopedic implants.