Проблема біомеханічної сумісності металевих матеріалів медичного призначення та шляхи її вирішення (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 27 лютого 2019 р.)

Abstract

Проаналізовано вимоги до властивостей металевих біоматеріалів з огляду на їхню біохімічну/біомеханічну сумісність, високу рентгеноконтрастність і знижену магнітну сприйнятливість. Встановлено, що за допомогою цілеспрямованого легування та/або термомеханічного оброблення можна досягти прийнятних характеристик біосумісності металевих матеріалів. Розроблено метод ультразвукової ударної обробки (УЗУО) для наноструктуризації та механохімічного окиснення поверхневих шарів металів і сплавів інтенсивною пластичною деформацією. Ефективність методу проілюстровано експериментальними результатами з підвищення корозійної стійкості, величини оборотної деформації й опору втомі за циклічних навантажень сплавів Zr₁Nb, Ti₆Al₄V, ZrTiNb, ZrTiNbTa. Показано переваги ультразвукової ударної обробки в розв'язанні проблеми біомеханічної сумісності металевих матеріалів.

The required properties of metallic biomaterials are analyzed in view of their biochemical/biomechanical compatibility, high X-ray contrast, and reduced magnetic susceptibility. As established, the purposeful alloying and/or thermomechanical treatment result in acceptable biocompatibility characteristics of metallic materials such as high corrosion resistance in biological fluids, reduced elastic modulus, increased degree of reversible deformation and fatigue life. The method of ultrasonic impact treatment (UIT) is developed for the nanostructuring and mechanochemical oxidation of the surface layers of metallic alloys by surface severe plastic deformation. The efficiency of the method is illustrated by experimental results indicating on the increased corrosion resistance, reversible deformation, and fatigue resistance at cyclic loads of the Zr₁Nb, Ti₆Al₄V, ZrTiNb, and TiZrNbTa alloys. The advantages of the developed UIT process in the sense of solving the problem of biomechanical compatibility of metallic materials and producing the orthopedic constructions and implants are shown.