Effect of composition and microstructure on mechanical and corrosion properties in magnesium alloys with a potential for medical applications.
| Název práce v češtině: | Vliv složení a mikrostruktury na mechanické a korozní charakteristiky v hořčíkových slitinách s potenciálem pro medicínské aplikace. |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Effect of composition and microstructure on mechanical and corrosion properties in magnesium alloys with a potential for medical applications. |
| Klíčová slova: | horčík, ECAP, textúra, mechanické vlastnosti, korózia |
| Klíčová slova anglicky: | magnesium, ECAP, texture, mechanical properties, corrosion |
| Akademický rok vypsání: | 2010/2011 |
| Typ práce: | disertační práce |
| Jazyk práce: | angličtina |
| Ústav: | Katedra fyziky materiálů (32-KFM) |
| Vedoucí / školitel: | doc. Dr. rer. nat. Robert Král, Ph.D. |
| Řešitel: | skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd. |
| Datum přihlášení: | 26.10.2010 |
| Datum zadání: | 26.10.2010 |
| Datum a čas obhajoby: | 22.09.2014 09:00 |
| Datum odevzdání elektronické podoby: | 12.08.2014 |
| Datum odevzdání tištěné podoby: | 22.07.2014 |
| Datum proběhlé obhajoby: | 22.09.2014 |
| Oponenti: | prof. Ing. Pavel Chráska, DrSc. |
| Mgr. Ing. Michal Landa, CSc. | |
| Konzultanti: | prof. RNDr. Miloš Janeček, CSc. |
| prof. RNDr. Pavel Lukáč, DrSc., dr. h. c. | |
| Zásady pro vypracování |
| 1. Vypracujte rešerši dostupných literárních údajů o biomateriálech na bázi Mg a o ultrajemných materiálech na bázi Mg připravených různými technologiemi.
2. Sledujte mikrostrukturu zkoumaných materiálů metodami světelné a elektronové mikroskopie. 3. Experimentálně ověřte vliv složení a struktury vzorků na korozní charakteristiky. 4. Ověřte deformační chování materiálů v širokém rozmezí teplot. 5. Diskutujte naměřené výsledky a srovnejte s údaji v literatuře. |
| Seznam odborné literatury |
| [1] B. Heublein, R. Rohde, V. Kaese: Heart 89 (2003) 651.
[2] J. Nagels, M. Stokdijk, P.M. Rozing: J. Shoulder Elbow Surg. 12 (2003) 35. [3] X. Tian, L.M. Wang, J.L. Wang, Y.B. Liu, J. Ana, Z.Y. Cao: J. Alloys Compd. 465 (2008) 412. [4] I.P. Moreno, T.K. Nandy, J.E. Allison: Scr. Mater. 48 (2003) 1029. [5] F. Rosalbino, E. Angelini, S. De Negri, A. Saccone, S. Delfino: Intermetallics 14 (2006) 1487. [6] F. Witte, V. Kaese, H. Haferkamp, E. Switzer et al.: Biomaterials 26 (2005)3557. [7] B. Hadzima, P. Suchy, M. Janecek, Z. Zuberova: Int. J. Mater. Res. 100 (2009)1213. [8] V. M. Segal: Mater. Sci. Eng. A197 (1995) 157. |
| Předběžná náplň práce |
| Slitiny hořčíku, který patří mezi nejlehčí strukturní materiály, jsou díky vysoké měrné pevnosti velmi zajímavé jako strukturní komponenty. V současné době se slitiny hořčíku běžně využívají v automobilovém průmyslu a roste i počet jejich aplikací v leteckém a kosmickém průmyslu. Další zajímavou vlastností hořčíku a některých jeho slitin je i biokompatibilita a biodegradabilita, což otevírá možnosti rovněž pro medicínské aplikace jako např. odbouratelné stenty. Jako velmi zajímavé se jeví i zatížitelné kostní implantáty a to díky vysoké měrné pevnosti a odolnosti vůči lomu. Navíc i elastický modul se blíží modulu kostí. Nutnou podmínku pro využitelnost jako biodegradabilní zatížitelné kostní implantáty je vyřešení těchto problémů:
- tvárnost jak během výroby tak i po dobu životnosti implantátu - pevnost - korozní odolnost - netoxičnost jako podmínka pro biokompatibilitu a biodegradabilitu - osteokonduktivita Pokud jde o první tři body, jsou možné způsoby jak dosáhnout vhodných vlastností podobné, a to i) složení slitin, ii) mikrostruktura materiálu, protože povrchová úprava není vhodná pro ovlivnění rychlosti koroze vzhledem k potřebě dosažení konstatní rychlosti v celém implantátu. |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Magnesium alloys, being among the lightest structural materials, are owing to their ex-cellent strength to weight ratio very attractive as structural components. At present time, magnesium alloys are commonly used in automotive industry with increasing number of applications in aerospace industry, too. Another interesting quality of magnesium is its biocompatibility and biodegradability what opens possibilities for biomedical applications as e.g. degradable stents. Of high interest are also the load bearing bone implants due to both high strength and fracture toughness. In addition to this the elastic modulus is very close to the modulus of a bone. For a successful application as biodegradable load-bearing bone implants the following issues have to be addressed and successfully solved:
- ductility both during production (forming) and lifetime of the implant - strength - corrosion resistance - non-toxicity as a prerequisite for biocompatibility and biodegradability - osteoconductivity As regards the first three issues the possible ways to achieve favourable properties are similar, i) composition of the alloys and ii) microstructure of material, since surface treatment is not suitable for the moderation of corrosion rate due to the need for constant rate in the whole implant. |