В соответствии с Соглашением о предоставлении субсидии для финансового обеспечения (возмещения) затрат, связанных с выполнением прикладных научных исследований (проекта) в рамках реализации Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы" получатель субсидии обязан размещать на официальном сайте получателя субсидии в сети Интернет сведения о ходе выполнения прикладных научных исследований (проекта) в открытом доступе по форме, установленной Министерством образования и науки Российской Федерации (далее - Минобрнауки России).

Сайт Федеральной целевой программы Рекомендации по размещению сведений о ходе выполнения проекта

Отчеты

Разработка технологических основ получения и управления функциональными свойствами сверхупругих наноструктурных титановых сплавов для создания высокобиосовместимых конструкций костных имплантатов

Общей целью ПНИЭР является разработка технологии получения наноструктурных сверхупругих трех- и четырехкомпонентных сплавов на основе Ti-Zr для создания сплошных и пористых материалов для стоматологических и ортопедических имплантатов заданной формы и с управляемой внутренней структурой.

В ходе выполнения работ на 2 этапе разработана программа и методики испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr; проведены комплексные исследования структуры и биомеханической совместимости сплавов на основе Ti-Zr; выбран оптимальный режим термомеханической обработки (ТМО) сплавов на основе Ti Zr для достижения наилучшего комплекса функциональных свойств; проведена апробация различных методов получения порошка сплавов на основе Ti-Zr; отработана технология производства пористых сплавов на основе Ti-Zr методом трехмерного послойного синтеза; разработана лабораторная методики получения пористых однородных и градиентных сплавов на основе Ti-Zr и изготовление экспериментальных образцов; разработан план медико-биологических исследований экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr и имплантатов из сплава на основе Ti-Zr оптимального состава in vitro и in vivo; проведены испытания в соответствии с программой и методиками испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr; проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 и подана патентная заявка на изобретение «Устройство для динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями»; проведена ТМО сплавов на основе Ti-Zr по различным режимам; разработаны рекомендации по проведению ТМО сплавов на основе Ti-Zr; изготовлены экспериментальные образцы слитков большого развеса сплава на основе Ti-Zr оптимального состава; отработана технология производства пористых сплавов на основе Ti-Zr методом классической порошковой металлургии; скорректирована лабораторная методика получения высококачественных слитков сплавов на основе Ti-Zr; осуществлено материально-техническое обеспечение работ.

В итоге выполнения работ на 2 этапе получены следующие результаты:

1. Разработана программа и методики испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr 2016.3367206.005ПМ, представленная в составе отчетной документации. Разработанные методики описывают основные аспекты испытаний образцов сплавов на основе Ti-Zr, что обеспечит получение повторяемых и объективных результатов при соблюдении этих методик.

2. Проведены комплексные исследования структуры и биомеханической совместимости сплавов на основе Ti-Zr. Установлено, что новые сплавы с повышенным содержанием циркония обладают повышенной усталостной долговечностью. Число циклов до разрушения новых сплавов в два раза превосходит таковое для сплава сравнения Ti-22Nb-6Zr, несмотря на менее благоприятные условия для реализации сверхупругого поведения (исходя из положения мартенситных точек). При этом наилучшие результаты показали четырехкомпонентные сплавы.

3. Для выбора оптимального режима ТМО, проведено исследование влияния ТМО на механические свойства, функциональное поведение и характеристики усталости сплава Ti-Zr-Nb. Показано, что режим, включающий холодную прокатку с умеренными степенями деформации (е = 0,3) и последеформационный отжиг при температуре 550 °С в течении 30 минут с последующей закалкой в воду, является оптимальным для достижения наилучшего комплекса функциональных свойств сплавов.

4. Проведена апробация различных методов получения порошка сплавов на основе Ti-Zr. На основании полученных данных можно сделать вывод, что дальнейшее использование метода механического легирования в силу технических сложностей и несоответствия качества получаемого порошка требуемому по составу представляется нецелесообразным. В целях получения наиболее качественных порошков для изготовления пеноматериалов на основе Ti-Zr будет использован метод атомизации слитка большого развеса (масса от 5 кг).

5. Проведена отработка технологии производства образцов сплава Ti-Zr-Nb методом трехмерного послойного синтеза. Проведена аттестация полученных образцов и определена взаимосвязь параметров описывающих режимы селективного лазерного сплавления и основных характеристик получаемых образцов. Сформулированы основные направления оптимизации данной технологии.

6. Разработана лабораторная методика получения пористых однородных и градиентных сплавов на основе Ti-Zr и изготовлены экспериментальные образцы. Разработанная методика позволяет получить однородные и градиентные пористые материалы на основе Ti-Zr; методика представлена в комплекте отчетной документации.

7. Разработан план медико-биологических исследований экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr и имплантатов из сплава на основе Ti-Zr оптимального состава in vitro и in vivo.

8. Проведены испытания в соответствии с программой и методиками испытаний экспериментальных образцов сплавов на основе Ti-Zr в соответствии с разработанной программой и методиками испытаний 2016.3367206.005ПМ (п. 2.1 Плана-графика). Результаты определения параметров структуры, механического поведения, определяющего биомеханическую совместимость разработанных сплавов на основе Ti-Zr, представлены в разделе 2.2 настоящего отчета. Протоколы и акты о проведении испытаний представлены в составе отчетной документации.

9. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96 и подана патентная заявка. Сравнительный анализ технических характеристик базовых образцов и исследуемого РИД «Устройство для динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями» позволяет сделать вывод о том, что объект разработки по своим качествам превосходит технический уровень аналогичных отечественных и зарубежных образцов.

10. Проведена ТМО сплавов на основе Ti-Zr по различным режимам для формирования заданного интервала структурных состояний и требуемого комплекса свойств. Работы проводили в соответствии с лабораторной методикой термомеханической обработки сплавов на основе Ti-Zr с использованием комплекса Gleeble 3800, разработанной на 1 этапе проекта. Результаты исследований и испытаний термомеханически обработанных образцов представлены в разделе 2.2 настоящего отчета.

11. Разработаны рекомендации по проведению термомеханической обработки сплавов на основе Ti-Zr, таким образом можно рекомендовать проведение термомеханической обработки по режиму холодная деформация прокаткой с суммарной накопленной деформацией е = 0,3 и последующим отжигом при 550 оС в течение 30 минут и закалочным охлаждением в водной среде, как обеспечивающую наибольшую циклическую механическую долговечность исследуемых сплавов и низкий модуль Юнга, максимально близкий к модулю упругости костной ткани.

12. Изготовлены экспериментальные образцы слитков большого развеса сплава на основе Ti-Zr оптимального состава. Результаты энергодисперсионного анализа показывают, что в слитках присутствуют отклонения по содержанию Zr и Nb на 0,5 - 1 % в меньшую сторону от заданного. Однако этот метод анализа не обладает достаточной точностью, с учетом погрешности измерения, полученные отклонения допустимы и не повлекут за собой существенного изменения свойств сплавов.

13. Проведена корректировка лабораторной методики получения высококачественных слитков сплавов на основе Ti-Zr. Слитки разрабатываемых сплавов, полученные по скорректированной методике, будут обладать более воспроизводимыми характеристиками; их геометрия позволит упростить процесс изготовления образцов для механических испытаний.

14. Осуществлено материально-техническое обеспечение работ.



Категории