Анотація до роботи:

Ходурська Ірина Володимирівна. Технологія одержання конструкційних і корозійностійких сплавів на основі кольорових металів для біологічно активних середовищ. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.16.03- «Металургія кольорових металів». – Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2004.

Уперше сформульовано вимоги і запропоновано науково-обґрунтовану систему використання кольорових металів для виготовлення імплантатів і хірургічного інструменту. Проведено комплексне дослідження фізичних, фізико-хімічних, механічних, термодинамічних, корозійних властивостей кольорових металів – імплантатів, на підставі чого створено систему інтегральної оцінки комплексу властивостей і запропоновано критерій вибору конкурентноздатного металу для його використання в біологічно активних середовищах.

За результатами порівняльних досліджень процесів плавки титанових сплавів методом вакуум-дугового та електронно-променевого переплаву доведено перевагу електронно-променевої плавки для одержання більш чистих по домішках сплавів. Загальна сума газових домішок зменшується в ~ 5 разів, а з урахуванням випару Fe і Si у 4,5 рази. Розроблено режими нагрівання, термічної обробки титанових сплавів (ЕПП), при яких отримано більш високі механічні властивості прутків діаметром 50 мм (1,1 т), чим у зливках ВДП. Установлено, що основну роль відіграло використання більш чистого металу по домішках і неметалічних включеннях, а також застосування науково-обґрунтованих технологічних процесів обробки на кожному етапі від зливка до товарного виробу. Доведено, що метод електронно-променевої плавки є єдиним способом у даний час для одержання чистих металів для використання в біологічно активних середовищах.

1. Уперше проведено аналітичне комплексне дослідження фізичних, фізико-хімічних, механічних, термодинамічних, корозійних властивостей 10 кольорових металів – імплантатів, на підставі чого створено систему інтегральної оцінки комплексу властивостей та запропоновано критерій вибору конкурентноздатного металу для використання в біологічно активних середовищах.

2. Уперше сформульовано вимоги і запропоновано науково-обґрунтовану систему використання кольорових металів для виготовлення імплантатів.

3. На підставі вивчення комплексу перелічених вище властивостей визначено два метали, а саме, титан і цирконій, найбільш придатних як матеріали для використання в біологічно активних середовищах.

4. У дисертаційній роботі установлено вплив стану титанового сплаву ВТ1-0 – литого, гарячекатаного, холоднокатаного, загартованого, відпаленого на корозійну стійкість у модельному середовищі. У якості модельного обрано водяний розчин із хлор – іоном (3% NaCl), оскільки він імітує біологічно активне середовище.

5. Порівнянням корозійної стійкості титану та нержавіючої сталі в 3%-ном розчині NaCl доведено істотну перевагу використання титану для імплантатів. Запропоновано механізм унікальної стійкості титану в 3%-ном розчині NaCl, а також механізм виникнення піттінгової, міжкристалітної корозії і корозії під напругою зразків нержавіючої сталі Х18Н10Т, широко застосовуваної дотепер у біологічно активних середовищах.

6. Проведено дослідження впливу складу, структури, властивостей, у тому числі технологічних при термоциклюванні у воді (131 цикл) 7 титанових сплавів. За результатами механічних випробувань визначено 3 групи сплавів, два з яких рекомендовано для використання у якості імплантатів - ВТ1-0 і ВТ6, виплавлених електронно-променевим способом.

7. За результатами порівняльних досліджень процесів плавки зливків титанових сплавів методом вакуум-дугового й електронно-променевого переплаву доведено перевагу електронно-променевої плавки для одержання більш чистих по шкідливих домішках сплавів, призначених для використання в біологічно активних середовищах.

8. Установлено, що при електронно-променевій плавці кількість кисню в зливках із ВТ1-0 і ВТ6 зменшується в залежності від марки титанового сплаву в ~ 25...10; азоту в ~ 5...7,6; вуглецю в ~ 4,4...1,6; водню в ~ 2...3 рази в порівнянні з металом, отриманим методом ВДП. Загальна сума газів зменшується в ~ 5 разів, а з урахуванням випаровування Fe і Si у 4,5...5 разів.

9. Установлено причини і вперше запропоновано механізми виведення домішок і неметалічних включень з розплавів титану при електронно-променевій плавці, що визначило вибір даного способу виробництва титанових зливків, призначених для одержання напівфабрикатів, з яких виготовляються імплантати. У зв'язку з делегуванням титанового сплаву ВТ6 по алюмінію запропоновано можливі шляхи подавлення прискореного випару Al при плавці ЕПП.

10. Уперше досліджено залежності величин пружності насиченої пари титану і всіх його легуючих елементів і шкідливих домішок від температури нагрівання у вакуумі з різними залишковими тисками (Р_зал). Визначено границі Р_зал-Т, що рекомендуються для глибокого очищення титану у вакуумі при електронно-променевій плавці зливків, призначених для подальшого виготовлення з них імплантатів. Уперше було запропоновано ряд послідовно – селективного видалення шкідливих домішок з титану при електронно-променевій плавці відповідно до їх термодинамічних властивостей.

11. Дериватографічними і металографічними дослідженнями визначено температури газовиділення і газопоглинання, структурних і фазових перетворень у титановому сплаві ВТ6 (ЕПП) з метою розробки нових технологій обробки зливків з титанових сплавів. Розроблено режими нагрівання, термічної обробки, при яких отримано більш високі механічні властивості прутків діаметром 50 мм, чим за ДСТУ на сплав ВТ6 (ВДП). Доведено, що основну роль зіграло використання більш чистого металу по домішках і неметалічних включеннях, а також застосування науково-обґрунтованих технологічних процесів обробки на кожнім етапі від зливка до товарного виробу. Це дозволило одержати дрібнозернистий метал із високою дисперсністю структурних складових.

12. Доведено, що метод електронно-променевої плавки є єдиним способом у даний час для одержання чистих металів для імплантатів тривалого використання в біологічно активних середовищах.

Публікації автора:

1.Шаповалова О.М., Бабенко Е.П., Маркова И.А., Долженкова Е.В., Сусленкова С.В., Ивченко Т.И., Шаповалов А.В., Золотько Е.В., Васильев С.Ю., Носова Т.В., Кульчицкая Л.Я., Ходуркая И.В. Безотходные, экологически чистые, энергосберегающие технологии переработки промышленных отходов //Труды III Всемирной конференции по устойчивому развитию «Проблемы индустриальных регионов». – Санкт-Петербург. – 1998.-С.21-22.

2. Шаповалова О.М., Ходурская И.В., Шаповалов А.В., Бабенко Е.П. Применение титана в биологически активных средах //Труды IV Международной конференции «Франция и Украина, научно-практический опыт в контексте диалога национальных культур». - Днепропетровск, 1997. – С.148-149.

3. Шаповалова О.М., Васильев С.Ю., Носова Т.В., Ходурская И.В. Взаимное влияние компонентов на свойства конструкционных сталей, обработанных технологическими добавками из отходов //Проблемы современного материаловедения. – Днепропетровск: ПГАСИА.-1997.- С. 95.

4. Шаповалова О.М., Ивченко Т.И., Ходурская И.В. Использование конверсионного технического потенциала для изготовления титанового литья, запорной арматуры и насосов, коррозионноустойчивых в средах высокой агрессивности //Труды научной программы НАТО и стран – ассоциированных членов. Конференция по перспективным исследованиям «Конверсия и экология». - Днепропетровск, 1997. – С.111-112.

5. Ходурская И.В. Исследование свойств сплавов на основе титана и железа с целью применения их в конструкциях для работы в агрессивных средах //Проблемы современного материаловедения. – Днепропетровск: ПГАСИА.-1999.- С. 88-89.

6. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Сравнительные исследования механических свойств титановых сплавов и нержавеющей стали после термоциклирования в биологически активной среде// Вісник Дніпропетровського університету. - Дн-ск.-1999.- С.133-135.

7. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Исследование возможности применения нержавеющей стали и титановых сплавов в медицине //Труды І Международной конференции «Наука і освіта-98».- Дн-ск – Одесса-Кривой Рог – Киев – Харьков – Запорожье.- 1998.- С. 13-14.

8. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Переориентация конверсионных материалов на мирные цели //Труды Международной конференции «Человек и космос».-Дн-ск.- 1999.- С. 146.

9. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Сравнительное исследование удельной прочности титановых сплавов аэрокосмического направления// Труды Международной конференции «Человек и космос».-Дн-ск.- 2000.- С. 223-224.

10. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Применение материалов ядерной энергетики в медицинской технике //Труды международной конференции «Практическое материаловедение»-Харьков, Алушта, -2001.- С. 24-25.

11. Шаповалова О.М., Ходурская И.В. Влияние состояния титанового сплава ВТ1-0 на коррозионную стойкость в среде с хлор – ионом // Вісник Дніпропетровського університету. - Дн-ск.-2003.-№ 7.- С. 184-187.

12. Ходурська І.В., Шаповалов О.В., Шаповалова О.М. Системний аналіз фізичних і механічних властивостей металів, що використовуються в біологічно активних середовищах //Вісник Академії митної служби України. Технічні науки-2003.- № 3.-С.49-54.

13. Влияние способа электронно-лучевой и вакуум-дуговой промышленной плавки титанового сплава ВТ6 на механические свойства прутков/Шаповалов А.В., Шаповалова О.М., Ходурская И.В., Щекин-Кротов В.А., Федоров В.Н./Металлургическая и горнорудная промышленность.-2004. -№ 4. – С.62-65.

14. Шаповалова О.М., Шаповалов А.В., Ходурская И.В. Влияние температуры и остаточного давления на рафинирование титана в условиях электронно-лучевой и вакуум-дуговой плавки //Металургія. Збірник наукових праць.-Запоріжжя.-2004.-№ 10.-С.65-71 (підписано до друку 09.09.04).