Влияние легирования второй компонентой на биосовместимость и механические свойства сплавов Ti–Mo

Представлены результаты исследования двух сплавов на основе титана: Ti–10мас.%Mo и Ti–15мас.%Mo – для оценки перспектив их использования в качестве основы имплантируемых медицинских изделий для остеосинтеза. Образцы сплавов были изучены в трех состояниях: исходном (после изготовления), после отжига при температуре 1000 °С и после кручения под высоким давлением. Была исследована микроструктура сплавов с помощью сканирующий электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Были измерены значения модуля Юнга и микро-и нанотвердости сплавов, а также изучено влияние сплавов при инкубации in vitro на жизнеспособность и поверхностную адгезию мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток человека. Сравнительный анализ характеристик исследованных образцов показал, что наиболее перспективным для использования в качестве основы ортопедических изделий является отожженный образец сплава Ti–15мас.%Mo, который оптимально сочетает хорошую биосовместимость, активную стимуляцию клеточной адгезии и низкие значения микротвердости (283 HV) и модуля Юнга (106 ГПа).

1. Chen Q., Thouas G.A. Metallic implant biomaterials. Materials Science and Engineering R. 2015;(87): 1—57. http://dx.doi.org/10.1016/j.mser.2014.10.001

2. Kolli R.P., Devaraj A. A review of metastable beta titanium alloys. Metals. 2018;8(7):506. http://dx.doi.org/10.3390/met8070506

3. Geetha M., Singh A.K., Asokamani R., Gogia A.K. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants — A review. Progress in Materials Science. 2009;54(3):397—425. http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.06.004

4. Kaur M., Singh K. Review on titanium and titanium based alloys as biomaterials for orthopaedic applications. Materials Science and Engineering: C. 2019;102: 844—862. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.04.064

5. Ho W.F., Ju C.P., Chern Lin J.H. Structure and properties of cast binary Ti—Mo alloys. Biomaterials. 1999;20(22):2115—2122. http://doi.org/10.1016/S0142-9612(99)00114-3

6. Zhou Y.-L., Luo D.-M. Microstructures and mechanical properties of Ti—Mo alloys cold-rolled and heat treated. Materials Characterization. 2011;62(10):931—937. http://doi.org/10.1016/j.matchar.2011.07.010

7. Zhao X., Niinomi M., Nakai M., Hieda J. Beta type Ti—Mo alloys with changeable Young’s modulus for spinal fixation applications. Acta Biomaterialia. 2012;8(5): 1990—1997. http://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.02.004

8. Moshokoa N., Raganya L., Obadele B.A., Machaka R., Makhatha M.E. Microstructural and mechanical properties of Ti—Mo alloys designed by the cluster plus glue atom model for biomedical application. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020;111:1237—1246. https://doi.org/10.1007/s00170-020-06208-7

9. Asl M.S., Delbari S.A., Azadbeh M., Namini A.S., Mehrabian M., Nguyen V.-H., Le Q.V., Shokouhimehr M., Mohammadi M. Nanoindentational and conventional mechanical properties of spark plasma sintered Ti—Mo alloys. Journal of Materials Research and Technology. 2020;9(5):10647—10658. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.07.066

10. Verestiuc L., Spataru M.-C., Baltatu M.S., Butnaru M., Solcan C., Sandu A.V., Voiculescu I., Geanta V., Vizureanu P. New Ti—Mo—Si materials for bone prosthesis applications. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2021;113:104198. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.104198

11. Edalati K., Ahmed A.Q., Akrami S., Ameyama K., Aptukov V., Asfandiyarov R.N., Ashida M., Astanin V., Bachmaier A., Beloshenko V., Bobruk E.V., Bryła K., Cabrera J.M., Carvalho A.P., Chinh N.Q., Choi I.C., Chulist R., Cubero-Sesin J.M., Davdian G., Demirtas M., Zhu Y.T. Severe plastic deformation for producing superfunctional ultrafine-grained and heterostructured materials: An interdisciplinary review. Journal of Alloys and Compounds. 2024;1002:174667. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.174667

12. Edalati K., Matsubara E., Horita Z. Processing pure Ti by high-pressure torsion in wide ranges of pressures and strain. Metallurgical and Materials Transactions A. 2009; 40:2079—2086. http://doi.org/10.1007/s11661-009-9890-5

13. Gornakova A.S., Korneva A., Tyurin A.I., Afonikova N.S., Kilmametov A.R., Straumal B.B. Omega phase formation and mechanical properties of Ti—1.5 wt.% Mo and Ti—15 wt.% Mo alloys after high-pressure torsion. Processes. 2023;11(1):221. https://doi.org/10.3390/pr11010221

14. Straumal B.B., Kilmametov A.R., Ivanisenko Yu., Mazilkin A.A., Valiev R.Z., Afonikova N.S., Gornakova A.S., Hahn H. Diffusive and displacive phase transitions in Ti—Fe and Ti—Co alloys under high pressure torsion. Journal of Alloys and Compounds. 2018;735:2281—2286. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.11.317

15. Valiev R.Z., Islamgaliev R.K., Alexandrov I.V. Bulk nanostructured materials from severe plastic deformation. Progress in Materials Science. 2000;45(2):103—189. https://doi.org/10.1016/S0079-6425(99)00007-9

16. Straumal B.B., Kogtenkova O.A., Gornakova A.S., Khorosheva M.A., Straumal P.B., Prokofiev P.A., Bradai D., Kilmametov A.R. Competition between the formation and decomposition of a solid solution in Al—Cu alloys under high-pressure torsion. JETP Letters. 2025;121:619—624. https://doi.org/10.1134/S0021364025605822

17. Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Using high-pressure torsion for metal processing: Fundamentals and applications. Progress in Materials Science. 2008;53(6):893—979. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2008.03.002

18. Гатина С.А. Фазовые превращения и механические свойства псевдо-β-сплава Ti–15Mo, подвергнутого интенсивной пластической деформации: Дис. … канд. техн. наук. Уфа: Уфимский гос. авиационный технический университет, 2016.

19. Korneva A., Straumal B., Kilmametov A., Gondek Ł., Wierzbicka-Miernik A., Litynska-Dobrzynska L., Cios G., Chulist R., Zieba P. Thermal stability and microhardness of metastable ω-phase in the Ti—3.3at.%Co alloy subjected to high pressure torsion. Journal of Alloys and Compounds. 2020;834:155132. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155132

20. Korneva A., Straumal B., Kilmametov A., Gornakova A., Wierzbicka-Miernik A., Lityńska-Dobrzyńska L., Chulist R., Gondek Ł., Cios G., Zięba P. Omega phase formation in Ti—3wt.%Nb alloy induced by high-pressure torsion. Materials. 2021;14(9):2262. https://doi.org/10.3390/ma14092262

21. Rogachev S.O., Nikulin S.A., Khatkevich V.M., Sundeev R.V., Komissarov A.A. Features of structure formation in layered metallic materials processed by high pressure torsion. Metallurgical and Materials Transactions A. 2020;51:1781—1788. https://doi.org/10.1007/s11661-020-05654-y

22. Anisimova N., Kiselevskiy M., Martynenko N., Straumal B., Willumeit-Römer R., Dobatkin S., Estrin Yu. Cytotoxicity of biodegradable magnesium alloy WE43 to tumor cells in vitro: Bioresorbable implants with antitumor activity. Journal of Biomedical Materials Research. Part B: Applied Biomaterials. 2020;108(1): 167—173. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34375

23. Миланов Н.О., Старцева О.И., Истранов А.Л., Мельников Д.В., Захаренко А.С. Перспективы клинического применения стволовых клеток жировой ткани в пластической хирургии и регенеративной медицине. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2014;(4):70—76.