Properties of Zr–Ti–Nb and Ti–Al–V Alloys
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: This article is devoted to studying the properties of the new Zr–Ti–Nb alloy and comparing it with the well-known Ti–Al–V alloy (ÂÒ-6, Grade 5 analog). The properties were analyzed through chemical composition determination and corrosion resistance assessment. The Zr–Ti–Nb alloy does not contain the toxic impurities present in the Ti–Al–V alloy, specifically aluminum and vanadium. Structural studies were conducted to identify the phases (X-ray diffraction analysis) and their composition using scanning electron microscopy. The microstructure and phase composition of the Zr–Ti–Nb alloy indicated a uniform distribution of elements throughout the alloy. The wetting angle of the Zr–Ti–Nb alloy with an oxide layer is significantly smaller than that of the Ti–Al–V alloy, suggesting greater hydrophilicity. Physical research methods included determining density, reflectivity, and electrical conductivity. Mechanical properties were examined by determining the elastic modulus, strength limit, yield strength, longitudinal elongation, transverse contraction, and microhardness. Notably, the elastic modulus of the Zr–Ti–Nb alloy is 26.4 GPa, similar to that of cortical bone, in contrast to the Ti–Al–V alloy, which has an elastic modulus of 110–140 GPa. The obtained data indicate that the superior chemical and mechanical properties of the Zr–Ti–Nb alloy make it suitable for medical applications.
UKR: Стаття присвячена вивченню властивостей нового сплаву Zr-Ti-Nb та його порівнянню з відомим сплавом Ti-Al-V (ВТ-6, аналог Grade 5). Визначено хімічний склад сплавів і стійкість до корозії. Сплав Zr-Ti-Nb не містить токсичних домішок, які є в сплаві Ti-Al-V, а саме алюміній і ванадій. Проведено структурні дослідження фаз (рентгеноструктурний аналіз) та визначено їх склад за допомогою скануючої електронної мікроскопії. Мікроструктура і фазовий склад сплаву Zr-Ti-Nb свідчать про рівномірне розташування елементів в об’ємі сплаву. Кут змочування сплаву Zr-Ti-Nb з оксидним шаром значно менший, ніж у сплаву Ti-Al-V, що свідчить про його більшу гідрофільність. Фізичні методи дослідження включали визначення густини, відбивної здатності та електропровідності. Механічні властивості досліджували шляхом визначення модуля пружності сплавів, межі міцності, межі текучості, подовжнього подовження, поперечного звуження та мікротвердості. Особливо слід зазначити, що модуль пружності сплаву Zr-Ti-Nb становить 26,4 ГПа, що аналогічно модулю пружності кортикальної кістки, на відміну від сплаву Ti-Al-V, модуль пружності якого становить 110-140 ГПа. Отримані дані свідчать про кращі хіміко-механічні властивості сплаву Zr-Ti-Nb, що дозволяє рекомендувати його для медичного застосування.
UKR: Стаття присвячена вивченню властивостей нового сплаву Zr-Ti-Nb та його порівнянню з відомим сплавом Ti-Al-V (ВТ-6, аналог Grade 5). Визначено хімічний склад сплавів і стійкість до корозії. Сплав Zr-Ti-Nb не містить токсичних домішок, які є в сплаві Ti-Al-V, а саме алюміній і ванадій. Проведено структурні дослідження фаз (рентгеноструктурний аналіз) та визначено їх склад за допомогою скануючої електронної мікроскопії. Мікроструктура і фазовий склад сплаву Zr-Ti-Nb свідчать про рівномірне розташування елементів в об’ємі сплаву. Кут змочування сплаву Zr-Ti-Nb з оксидним шаром значно менший, ніж у сплаву Ti-Al-V, що свідчить про його більшу гідрофільність. Фізичні методи дослідження включали визначення густини, відбивної здатності та електропровідності. Механічні властивості досліджували шляхом визначення модуля пружності сплавів, межі міцності, межі текучості, подовжнього подовження, поперечного звуження та мікротвердості. Особливо слід зазначити, що модуль пружності сплаву Zr-Ti-Nb становить 26,4 ГПа, що аналогічно модулю пружності кортикальної кістки, на відміну від сплаву Ti-Al-V, модуль пружності якого становить 110-140 ГПа. Отримані дані свідчать про кращі хіміко-механічні властивості сплаву Zr-Ti-Nb, що дозволяє рекомендувати його для медичного застосування.
Description
K. Sukhyy: ORCID 0000-0002-4585-8268
Keywords
biomedical alloy, Zr–Ti–Nb, Ti–Al–V, corrosion, wettability, chemical, structural, and mechanical properties, біомедичний сплав, корозія, змочуваність, хімічні, структурні та механічні властивості
Citation
Kovalyov S. V., Ovchynnykov O. V., Sukhyy K. M., Yefanov V. S., Kalinichenko O. O., Koval’ova N. V. Properties of Zr–Ti–Nb and Ti–Al–V Alloys. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2024. No. 6. P. 30–39. DOI: http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2024-157-6-30-39.