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Ti-6Al-7Nb

La aleación Ti-6Al-7Nb (designación UNS R56700 ) es una aleación de titanio alfa-beta sintetizada por primera vez en 1977 que contiene un 6 % de aluminio y un 7 % de niobio . Se...

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La aleación Ti-6Al-7Nb (designación UNS R56700 ) es una aleación de titanio alfa-beta sintetizada por primera vez en 1977 que contiene un 6 % de aluminio y un 7 % de niobio . Se caracteriza por su alta resistencia y propiedades similares a las de la aleación Ti-6Al-4V, que contiene vanadio y es citotóxica . La Ti-6Al-7Nb se utiliza como material para prótesis de cadera. [ 1 ]

La aleación Ti―6Al―7Nb es una aleación de titanio compuesta por una fase hexagonal α (estabilizada con aluminio ) y una fase β regular centrada en el cuerpo (estabilizada con niobio ). Esta aleación se caracteriza por propiedades mecánicas ventajosas, una mayor resistencia a la corrosión y biotolerancia en comparación con las aleaciones Ti-6Al-4V . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de la aleación dependen principalmente de la morfología y el volumen de las fracciones de las fases presentes a partir de los parámetros obtenidos del proceso de fabricación. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

Como se muestra en la tabla anterior, la aleación es un método eficaz para mejorar las propiedades mecánicas, y dado que el niobio pertenece al mismo grupo que el vanadio en la tabla periódica , también actúa como elemento estabilizador αβ (similar a la aleación Ti-6Al-4V); sin embargo, la resistencia de la aleación de Nb es ligeramente inferior a la de Ti-6Al-4V. La principal diferencia entre Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb está relacionada con diferentes factores, como el endurecimiento por solución sólida, el endurecimiento por refinamiento estructural proporcionado por la estructura bifásica refinada y la diferencia en la microestructura entre las dos aleaciones. [ 8 ]

Producción

La aleación Ti-6Al-7Nb se produce mediante métodos de metalurgia de polvos . Los métodos más comunes son el prensado en caliente, el moldeo por inyección de metal y la mezcla y prensado. En la producción de Ti-6Al-7Nb, generalmente se utiliza una temperatura de sinterización entre 900 y 1400 ° C. La modificación de la temperatura de sinterización confiere a la aleación Ti-6Al-7Nb diferentes propiedades, como distinta porosidad y microestructura. También da lugar a una composición diferente entre las fases alfa, beta y alfa+beta. En los últimos años, las aleaciones de Ti-6Al-7Nb también se han podido fabricar mediante diferentes técnicas de impresión 3D, como SLM y EBM. [ 9 ] [ 10 ]

Tratamiento térmico

Se ha demostrado que el tratamiento térmico del titanio influye significativamente en la reducción de las tensiones residuales y en la mejora de las propiedades mecánicas (es decir, la resistencia a la tracción o a la fatiga mediante tratamiento térmico de solución y envejecimiento). Además, el tratamiento térmico proporciona una combinación ideal de ductilidad , maquinabilidad y estabilidad estructural debido a las diferencias en la microestructura y las velocidades de enfriamiento entre las fases α y β. [ 11 ]

La velocidad de enfriamiento influye en la morfología. Cuando la velocidad de enfriamiento se reduce, por ejemplo, de enfriamiento al aire a enfriamiento lento, la morfología de la fase α transformada aumenta en espesor y longitud, y se presenta dentro de colonias α más grandes y menos numerosas. [ 12 ] El tamaño de la colonia α es la propiedad microestructural más importante debido a su influencia en las propiedades de fatiga y la mecánica de deformación de las aleaciones α+β procesadas. [ 13 ]

Aplicaciones

  • Dispositivos implantables que reemplazan, tales como  : tejido duro dañado, articulaciones artificiales de cadera, articulaciones artificiales de rodilla, placas óseas, tornillos para fijación de fracturas, prótesis de válvulas cardíacas, marcapasos y corazones artificiales. [ 14 ]
  • Aplicación dental [ 15 ]

Biocompatibilidad

La aleación Ti-6Al-7Nb presenta una alta biocompatibilidad . Los óxidos de Ti-6Al-7Nb se saturan en el organismo y no se transportan in vivo ni constituyen una carga biológica. Esta aleación no genera reacciones adversas de tolerancia tisular y produce menos núcleos de células gigantes . Además, la Ti-6Al-7Nb muestra una alta compatibilidad con el crecimiento celular en el cuerpo humano. [ 16 ]

Especificación

Las designaciones para Ti-6Al-7Nb en otras convenciones de nomenclatura incluyen: [ 17 ]

Referencias

  1. ^ Fellah, Mamoun; Labaiz, Mohamed; Assala, Omar; Dekhil, Leila; Taleb, Ahlem; Rezag, Hadda; Iost, Alain (21 de julio de 2014). "Comportamiento tribológico de las Aleaciones Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb para Prótesis Total de Cadera" . Avances en Tribología . 2014 : 1– 13. doi : 10.1155/2014/451387 . hdl : 10985/9566 .
  2. ^ Chlebus, Eduardo; Kuźnicka, Bogumiła; Kurzynowski, Tomasz; Dybała, Bogdan (1 de mayo de 2011). "Microestructura y comportamiento mecánico de la aleación Ti―6Al―7Nb producida por fusión selectiva con láser". Caracterización de Materiales . 62 (5): 488– 495. doi : 10.1016/j.matchar.2011.03.006 .
  3. ↑Liu, Xuanyong; Chu, Paul K.; Ding, Chuanxian (24 December 2004). "Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications". Materials Science and Engineering: R: Reports. 47 (3): 49–121. CiteSeerX 10.1.1.472.7717. doi:10.1016/j.mser.2004.11.001.
  4. ↑López, M. F; Gutiérrez, A; Jiménez, J. A (15 February 2002). "In vitro corrosion behaviour of titanium alloys without vanadium". Electrochimica Acta. 47 (9): 1359–1364. doi:10.1016/S0013-4686(01)00860-X.
  5. ↑Lütjering, G. (15 March 1998). "Influence of processing on microstructure and mechanical properties of (α+β) titanium alloys". Materials Science and Engineering: A. 243 (1): 32–45. doi:10.1016/S0921-5093(97)00778-8.
  6. ↑Ajeel, Sami Abualnoun; Alzubaydi, Thair L.; Swadi, Abdulsalam K. (2007). "Influence of Heat Treatment Conditions on Microstructure of Ti- 6Al-7Nb Alloy As Used Surgical Implant Materials". Engineering and Technology Journal. 25 (Suppl 3): 431–442. doi:10.30684/etj.25.3.15. S2CID 55885379.
  7. ↑"Properties: Titanium Alloys - Ti6Al7Nb Properties and Applications".
  8. ↑Kobayashi, E.; Wang, T.J.; Doi, H.; Yoneyama, T.; Hamanaka, H. (1998). "Mechanical properties and corrosion resistance of Ti–6Al–7Nb alloy dental castings". Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 9 (10): 567–574. doi:10.1023/A:1008909408948. PMID 15348689. S2CID 13241089.
  9. ↑Bolzoni, Leandro; Hari Babu, N.; Ruiz-Navas, Elisa Maria; Gordo, Elena (2013). "Comparison of Microstructure and Properties of Ti-6Al-7Nb Alloy Processed by Different Powder Metallurgy Routes". Key Engineering Materials. 551: 161–179. doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.551.161. hdl:10016/20805. S2CID 137360703.
  10. ↑ Oliveira, V.; Chaves, RR; Bertazzoli, R.; Caram, R. (diciembre de 1998). “Preparación y caracterización de aleaciones Ti-Al-Nb para implantes ortopédicos” . Revista Brasileña de Ingeniería Química . 15 (4): 326– 333. doi : 10.1590/S0104-66321998000400002 . S2CID 94310566 . 
  11. ↑ Sercombe, Tim; Jones, Noel; Day, Rob; Kop, Alan (26 de septiembre de 2008). "Tratamiento térmico de componentes de Ti-6Al-7Nb producidos por fusión selectiva por láser". Rapid Prototyping Journal . 14 (5): 300– 304. doi : 10.1108/13552540810907974 .
  12. ↑ Sercombe, Tim; Jones, Noel; Day, Rob; Kop, Alan (26 de septiembre de 2008). "Tratamiento térmico de componentes de Ti-6Al-7Nb producidos por fusión selectiva por láser". Rapid Prototyping Journal . 14 (5): 300– 304. doi : 10.1108/13552540810907974 .
  13. ↑ Lütjering, G. (15 de marzo de 1998). "Influencia del procesamiento en la microestructura y las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio (α+β)". Materials Science and Engineering: A . 243 (1): 32– 45. doi : 10.1016/S0921-5093(97)00778-8 .
  14. ↑ Elias, CN; Lima, JHC; Valiev, R.; Meyers, MA (1 de marzo de 2008). "Aplicaciones biomédicas del titanio y sus aleaciones". JOM . 60 (3): 46– 49. Bibcode : 2008JOM....60c..46E . doi : 10.1007/s11837-008-0031-1 . S2CID 12056136 . 
  15. ↑ Kobayashi, E.; Wang, TJ; Doi, H.; Yoneyama, T.; Hamanaka, H. (1 de octubre de 1998). "Propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión de fundiciones dentales de aleación Ti–6Al–7Nb". Journal of Materials Science: Materials in Medicine . 9 (10): 567– 574. doi : 10.1023/A:1008909408948 . PMID 15348689. S2CID 13241089 .  
  16. ↑ Disegi, John (noviembre de 2008). Materiales para implantes (PDF) (2.ª ed.). Synthes. Archivado del original (PDF) el 11 de diciembre de 2015. 
  17. ↑ Milne, Ian; Ritchie, RO; Karihaloo, BL (25 de julio de 2003). Titanio estandarizado y aleaciones de titanio . Elsevier. pág. 163. ISBN  9780080490731.en Sumita, M.; Hanawa, T.; Ohnishi, I.; Yoneyama, T. (2003). "Procesos de falla en materiales biometálicos". Integridad estructural integral . págs. 131–167 . doi : 10.1016/B0-08-043749-4/09143-6 . ISBN  978-0-08-043749-1.

Lecturas adicionales

  • Kazek-Kęsik, Alicja; Kalemba-Rec, Izabela; Simka, Wojciech (2019). "Anodización de una aleación de Ti-6Al-7Nb de grado médico en una suspensión de hidroxiapatita de Ca(H2PO2)2" . Materials . 12 ( 18): 3002. Bibcode : 2019Mate...12.3002K . doi : 10.3390/ma12183002 . PMC 6766300. PMID 31527501 .  
  • Iijima, D; Yoneyama, T; Doi, H; Hamanaka, H; Kurosaki, N (abril de 2003). "Propiedades de desgaste de fundiciones de Ti y Ti–6Al–7Nb para prótesis dentales". Biomaterials . 24 (8): 1519– 1524. doi : 10.1016/s0142-9612(02)00533-1 . PMID 12527293 . 
  • Hamad, Thekra I.; Fatalla, Abdalbseet A.; Waheed, Amer Subhi; Azzawi, Zena GM; Cao, Ying-guang; Song, Ke (1 de junio de 2018). "Evaluación biomecánica de recubrimientos de nanocirconio en tornillos de implante Ti-6Al-7Nb en tibias de conejo". Ciencia Médica Actual . 38 (3): 530– 537. doi : 10.1007/s11596-018-1911-4 . PMID 30074223 . S2CID 49365946 .  
  • Kajzer, Anita; Grzeszczuk, Ola; Kajzer, Wojciech; Nowinska, Katarzyna; Kaczmarek, Marcin; Tarnowski, Michał; Wierzchoń, Tadeusz (2017). "Propiedades de la aleación de titanio Ti6Al7Nb nitrocarburizada en condiciones de descarga luminiscente". Acta de Bioingeniería y Biomecánica . 19 (4): 181– 188. doi : 10.5277/ABB-00892-2017-03 . PMID 29507440 . 
  • Osathanon, Thanaphum; Bespinyowong, Kritchai; Arksornnukit, Mansuang; Takahashi, Hidekazu; Pavasant, Prasit (1 de julio de 2006). "El Ti-6Al-7Nb promueve la propagación celular y la síntesis de fibronectina y osteopontina en células similares a osteoblastos". Journal of Materials Science: Materials in Medicine . 17 (7): 619– 625. doi : 10.1007/s10856-006-9224-8 . PMID 16770546. S2CID 8548688 .  
  • Pennekamp, ​​Peter H.; Gessmann, Jan; Diedrich, Oliver; Burian, Björn; Wimmer, Markus A.; Frauchiger, Vinzenz M.; Kraft, Clayton N. (marzo de 2006). "Respuesta microvascular a corto plazo del músculo estriado a cp-Ti, Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb" . Journal of Orthopaedic Research . 24 (3): 531– 540. doi : 10.1002/jor.20066 . PMID 16463365. S2CID 39224569 .  
  • Kraft, Clayton N.; Burian, Björn; Diedrich, Oliver; Gessmann, Jan; Wimmer, Markus A.; Pennekamp, ​​Peter H. (1 de octubre de 2005). "Respuesta microvascular del músculo estriado a las aleaciones comunes de artroplastia: un estudio comparativo in vivo con CoCrMo, Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb". Journal of Biomedical Materials Research Part A . 75A (1): 31– 40. doi : 10.1002/jbm.a.30407 . PMID 16078208 . 
  • Duarte, Laís T.; Bolfarini, Claudemiro; Biaggio, Sonia R.; Rocha-Filho, Romeu C.; Nascente, Pedro AP (1 de agosto de 2014). "Crecimiento de capas de óxido poroso sin aluminio sobre titanio y sus aleaciones Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb mediante oxidación por microarco" . Materials Science and Engineering: C. 41 : 343–348 . doi : 10.1016 /j.msec.2014.04.068 . PMID 24907769 . 
  • Khan, MA; Williams, RL; Williams, DF (abril de 1999). "Comportamiento de corrosión de Ti–6Al–4V, Ti–6Al–7Nb y Ti–13Nb–13Zr en soluciones proteicas". Biomaterials . 20 (7): 631– 637. doi : 10.1016/s0142-9612(98)00217-8 . PMID 10208405 . 
  • Challa, VSA; Mali, S.; Misra, RDK (julio de 2013). "Toxicidad reducida y respuesta celular superior de preosteoblastos a la aleación Ti-6Al-7Nb y comparación con Ti-6Al-4V". Journal of Biomedical Materials Research Part A . 101A (7): 2083– 2089. doi : 10.1002/jbm.a.34492 . PMID 23349101 .