Fabrication of Pseudoelastic Ti-Alloy for Using in Medical Applications

สร้างโลหะผสมไททาเนียมที่มีสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวดเพื่อใช้เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์

Name: Panupong Warinthanaphan

Name: ภานุพงษ์ วรินธนาพันธ์

keyword: Artificial Bone

; Titanium Alloy

Abstract: Nowadays, there are many materials which are used in medical applications such as stainless steel 3 16L, Ti-6A1-4V and other Ti alloys. However, these materials have still high modulus of elasticity when compare with human 'bone. From this reason, this research aims to explore the pseudoelasticity from Martensitic transformation in Ti-Nb alloys in order to obtain a low modulus of elasticity-liked properties. In this study, pseudoelasticity of Ti-Nb and Ti-Mo alloys was investigated by varying the alloy composition, reduction ratio of thickness during cold-rolling process, and heat treatment temperature. Ti- Nb alloys with Nb-content from 22 to 26 at% and Ti-Mo alloys with Mo-content from 4 to 6 at% were prepared by arc-melting method. Cold rolling processes were carried out at reduction ratio of 85 to 95 percent for each specimen, respectively in order to apply the internal stress for introducing metastable phase. After cold-rolling, specimens were heat-treated at 873K followed by aging at 573 and 673K, respectively for 3.6 ks in order to obtain precipitation strengthening due to formation of Omeda phase. Tensile tests were carried out in order to evaluate mechanical properties of each specimen. In order to investigate the pseudoelasticity, load-unloading tests under various strains were performed at room temperature. It is found that the pseudoelasticity can be confirmed in the alloy with Nb-content ranging from 23 to 26.7 at%, while modulus of elastic due to detwining of martensite variant increase with increasing reduction ratio. Excellent recovery pseudoelastic strain ratio is confirmed in a Ti- 25.6at%Nb alloy with 85 percent of reduction ratio. Moreover the very low modulus of elastic can be obtained during the range of reorientation of martensite variants which is suitable for utilizing as an artificial bone.

Abstract: ปัจจุบันวัสดุที่ใช้ในทางการแพทย์มีหลายชนิด เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม 316L, Ti-6A1-4V หรือโลหะ ผสมไททาเนียมต่างๆ อย่างไรก็ตามโลหะดังกล่าวยังมีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นที่ไม่เหมาะสมต่อ สภาวะร่างกายมนุษย์ จากเหตุผลข้างต้น งานวิจัยจึงทำการวิจัยเพื่อสร้างโลหะผสมไททาเนียมที่มีค่า โมดูลัสความยืดหยุ่นใกล้เคียงกระดูกมนุษย์โดยใช้สมบัติความยืดหยุ่นยิ่งยวดในการลดค่าดังกล่าว งานวิจัยนี้ทำการศึกษาสมบัติยืดความหยุ่นยิ่งยวด จาก 3 ตัวแปรสำคัญได้แก่ ส่วนผสมทางเคมี, อัตรา การรีดเย็นและกรรมวิธีทางความร้อนในการเตรียมชิ้นทดสอบโลหะผสมไททาเนียมที่มีส่วนผสม ของนีโอเบียมตั้งแต่ 22 ถึง 26 เปอร์เซ็นอะตอม และ ที่มีส่วนผสมของโมลีดีนัม ตั้งแต่ 4 ถึง 6 เปอร์ เซ็นอะตอมจะถูกหลอมด้วยเตาหลอมชนิด Arc และโลหะทั้งหมดจะถูกรีดด้วยกระบวนการรีดเย็นจน ได้สัดส่วนการรีดเย็นตั้งแต่ 85-95 เปอร์เซ็นเพื่อความเค้นภายใน โดยความเค้นดังกล่าวจะถูกใช้ ในกระบวนการเปลี่ยนเฟสของสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวด จากนั้นวัสดุจะผ่านกรรมวิธีทางความร้อน 2 ขั้นตอนคือ การอบอ่อน (Annealing) ที่อุณหภูมิ 873 K นาน 1.8 ks เพื่อลดความเค้นตกค้างภายใน และการอบเพื่อเพิ่มความแข็งด้วยวิธีชุบแข็งตกตะกอน ที่อุณหภูมิ 573 K หรือ 673 K โดยกรรมวิธีนี้ โลหะผสมจะเกิด Omega เฟสในกระบวนการ งานวิจัยนี้จะใช้การทดสอบแบบ load-unloading โดยเปลี่ยน สัดส่วนความเครียดสำหรับการตรวจสอบค่าเชิงกลของสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง จากผล การทดลองพบว่า จะพบว่าสมบัติดังกล่าวได้ในโลหะผสมไททาเนียมนีโอเบียมที่มีส่วนผสมทางเคมี ตั้งแต่ 23 ถึง 26.7 เปอร์เซ็นอะตอม (at%Nb), ค่าโมดูลัสในช่วง detwin ของเฟสมาร์เทนไซต์ จะ เพิ่มขึ้นที่สัดส่วนการรีดที่สูงขึ้นและ Ti-25.6at%Nb มีสมบัติยืดหยุ่นยิ่งยวดที่ดีสุด ชี้วัดจาก ความเครียดในการคืนตัวแบบสมบูรณ์สูงสุด ยิ่งไปกว่านั้นโลหะผสมที่มีการเปลี่ยนเฟสจากสมบัติ ยืดหยุ่นยิ่งยวดมีความเข้ากันได้กับร่างกายมนุษย์เป็นอย่างดีอีกด้วย

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: info.lib@mail.kmutt.ac.th

Name: Pongpan Kaewtatip

Role: Advisor

Created: 2010

Modified: 2555-11-08

Issued: 2012-11-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: MUL11

eng

DegreeName: Master of Engineering

Level: Master's Degree

Descipline: Biological Engineering

Grantor: King Mongkut's University of Technology Thonburi

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	MUL11.pdf	4.87 MB	28	2026-05-26 18:16:01
2	MUL11ab.pdf	67.89 KB	20	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.024239 วินาที