Biokompatibilní beta slitiny titanu zpevněné kyslíkem

• Název práce v češtině: Biokompatibilní beta slitiny titanu zpevněné kyslíkem
• Název v anglickém jazyce: Oxygen-strengthened biomedical beta titanium alloys
• Klíčová slova: slitiny titanu, intersticiální zpevnění, mikrostruktura, mez kluzu, modul pružnosti
• Klíčová slova anglicky: tiatnium alloys, interstitial strengthening, microstructure, yield stress, elastic modulus
• Akademický rok vypsání: 2016/2017
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky materiálů (32-KFM)
• Vedoucí / školitel: doc. PhDr. RNDr. Josef Stráský, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 10.03.2017
• Datum zadání: 19.06.2017
• Datum potvrzení stud. oddělením: 10.07.2017
• Datum a čas obhajoby: 06.06.2018 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 11.05.2018
• Datum odevzdání tištěné podoby: 11.05.2018
• Datum proběhlé obhajoby: 06.06.2018
• Oponenti: prof. RNDr. Radomír Kužel, CSc.
• Konzultanti: RNDr. Ondřej Srba, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1) Student vypracuje rešerši aktuálních literárních pramenů - slitiny na bázi Ti-Nb se zvýšeným obsahem kyslíku
2) Student bude samostatně studovat mikrostrukturu slitiny Ti-Nb-Ta-Zr-O prostřednictvím skenovací elektronové mikroskopie
3) Student samostatně vyhodnotí mechanické vlastnosti slitiny prostřednictvím měření mikrotvrdosti a tahových zkoušek
4) Student se bude podílet na testech únavové odolnosti a vyhodnotí dosažené výsledky.
5) Student vysvětlí souvislost mezi mikrostrukturou a výslednými mechanickými vlastnostmi na základě dostupných fyzikálních modelů.
6) Na základě rešerše a získaných výsledků student navrhne další slitiny na bázi Ti-Nb pro dosažení nejlepší kombinace užitných vlastností.
7) Student bude studovat mikrostrukturu a mechanické vlastnosti nově připravených slitin a porovná jejich vlastnosti s výchozí slitinou.
8) Student bude diskutovat využitelnost slitin pro výrobu ortopedických implantátů.
9) Sepsání diplomové práce.

Seznam odborné literatury

G. Lutjering, J.C. Williams: Titanium; Springer; 2007-
J. Stráský: Optimization of properties of Ti based alloys for biomedical and structural applications, Doctoral Thesis, 2014
M. Niinomi: Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications, J Mech Behav Biomed Mat 1, 2008, 30-42
J.I. Qazi, B. Marquardt, L.F. Allard, H.J. Rack: Phase transformations in Ti–35Nb–7Zr–5Ta–(0.06–0.68)O alloys. Materials Science and Engineering: C 25, 2005, 389 - 397
M. Tane, T. Nakano, S. Kuramoto, M. Hara, M. Niinomi, N. Takesue, T. Yano, H. Nakajima: Low Young’s modulus in Ti–Nb–Ta–Zr–O alloys: Cold working and oxygen effects. Acta Materialia 559, 2011, 6975–6988.
J.I. Qazi, H.J. Rack, B. Marquardt: High-strength metastable beta-titanium alloys for biomedical applications. Journal of Materials Science, 56, 2004, 49-51
I. Kopova, J. Stráský, P. Harcuba, M. Landa, M. Janeček, L. Bačákova, Newly developed Ti–Nb–Zr–Ta–Si–Fe biomedical beta titanium alloys with increased strength and enhanced biocompatibility, Materials Science and Engineering: C, 60, 2016, 230-238
M. Niinomi, M. Nakai, M. Hendrickson, P. Nandwana, T. Alam, D. Choudhuri, R. Banerjee: Influence of oxygen on omega phase stability in the Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr alloy, Scripta Materialia 123, 2016, 144-148

Předběžná náplň práce

Katedra fyzika materiálů dlouhodobě spolupracuje se firmou Beznoska s.r.o. na vývoji nové slitiny na bázi Ti-Nb pro pro výrobu implantátu kyčelního kloubu. Diplomant se bude věnovat podrobné charakterizaci slitiny Ti-35.3Nb-5.7Ta-7.3Zr-0.7O v litém stavu a po různých stupních tváření za tepla. Zpracování materiálu má vliv na jeho mikrostrukturu a mechanické vlastnosti - zejména únavovou odolnost. Na základě podrobné experimentální charakterizace student popíše vztahy mezi zpracováním materiálu, jeho mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi. V další části práce student navrhne vhodné slitiny, u nichž lze očekávat nižší modul pružnosti oproti výchozí slitině. Modul pružnosti výrazně závisí na fázové stabilitě slitiny a martensitické transformaci beta --> alfa''. Student provede základní mikrostrukturní charakterizaci a bude studovat mechanické vlastnosti. Diplomové práce posoudí vliv kyslíku na stabilizaci fáze beta a na modul pružnosti studovaných slitin. Student posoudí vlastnosti nově vyvinutých materiálů z hlediska využitelnosti pro výrobu ortopedických implantátů.