Поліпшення якості біорозчинного сплаву на основі магнію для імплантів

Abstract

UK: Постановка проблеми. Наразі для виготовлення імплантатів широко застосовують біорозчинні матеріали, серед яких найперспективніші магнієві сплави. Магній − природний елемент організму, міститься в кістковій та м'язовій тканинах, бере участь у різних обмінних процесах. Крім того, магній і продукти його біокорозії мають відмінну біосумісність. Головна перевага магнієвих сплавів − це позитивний вплив на організм людини, але якість не задовольняє вимогам для використання їх в людському тілі. Підвищити властивості магнієвих сплавів можливо у результаті вдосконалення процесів рафінування та модифікування рідкого сплаву. Мета − дослідити та випробувати різні вуглецевмісні матеріали для рафінування та модифікування магнієвого розплаву. Методика. Оптична мікроскопія, застосування стандартних методик для визначення механічних властивостей магнієвого сплаву та спеціальних методик для визначення рафінувальної та модифікувальної здатності різних вуглецевмісних матеріалів. Результати. Запропоновано технологію модифікування ливарних магнієвих сплавів системи Mg – Zr − Nd дисперсним графітовим порошком. Показано, що оптимальна присадка вуглецю у кількості 0,05…0,1 % сприяє підвищенню механічних властивостей унаслідок подрібнення зерна та додаткового зміцнення структурних складових. Запропоновано комплексний фільтр, який містить рівні кількості магнезиту, графіту і вапняку, що забезпечує підвищений рівень рафінування розплаву для отримання високоякісного лиття. Показано, що застосування комплексного вуглецевмісного фільтра забезпечує не тільки ефективне рафінування сплаву, а й додаткове його модифікування. При цьому в структурі сплаву спостерігається підвищена кількість інтерметалідної γ-фази, що забезпечує підвищення мікротвердості структурних складових сплаву і сприяє поліпшенню його фізико-механічних характеристик. Наукова новизна. Досліджено структуру та властивості литого магнієвого сплаву системи Mg – Zr − Nd при модифікуванні дисперсним графітовим порошком та фільтрації його через вуглецевмісні матеріали. Практична значимість. Розроблена комплексна технологія обробки рідкого розплаву магнієвих сплавів системи Mg – Zr − Nd дозволяє поліпшити вихід придатного лиття та покращити його якість.

EN: Formulation of the problem. Currently, biosoluble materials are widely used for the manufacture of implants, among which the most promising are magnesium alloys. Magnesium is a natural element of the body. It is contained in bone and muscle tissue and involved in various metabolic processes. In addition, magnesium and its biocorrosion products have excellent biocompatibility. The main advantage of magnesium alloys is the positive effect magnesium has on the human body, but their quality is not satisfactory for use in the human body. Improved refining and modification processes of liquid melt can increase the properties of magnesium alloys. Purpose of research: to investigate and test various carbonaceous materials for refining and modifying magnesium melt. Method. Optical microscopy, application of standard techniques for determining the mechanical properties of magnesium alloy and special techniques for determining the refining and modifying ability of various carbon-containing materials. Results. The technology of cast magnesium alloys modification for Mg – Zr − Nd system by dispersed graphite powder is proposed. It is shown that the optimal carbon additive in the quantity of 0,05…0,1 % improves the mechanical properties due to grain grinding and additional strengthening of structural components. A complex filter containing equal quantity of magnesite, graphite and limestone is proposed. It provides an increased level of melt refining to obtain high quality casting. It is shown that the use of a complex carbon-containing filter provides not only efficient melt refining, but also its additional modification. In alloy structure the increased quantity of intermetallic γ-phase is observed, that provides increase the microhardness of alloy structural components and promotes increase of its physical-mechanical characteristics. Scientific novelty. The structure and properties of cast magnesium alloy for Mg –Zr – Nd system during modification with dispersed graphite powder and its filtration through carbon-containing materials are investigated. Practical significance. The developed complex technology for processing the liquid melt of magnesium alloys for the Mg – Zr − Nd system allows to increase the yield of suitable casting and improve its quality.