A low-cost metastable beta Ti alloy with high elastic admissible strain and enhanced ductility for orthopaedic application

Xu, Yidong; Gao, Junheng; Huang, Yuhe; Rainforth, W.M.

doi:10.1016/j.jallcom.2020.155391

Cited by 37 publications

(24 citation statements)

References 45 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Kalça, diz, omuz, omurga, dirsek ve bilek eklemleri için genel olarak Ti-6Al-4V alaşımı tercih edilse de daha önce de bahsedildiği gibi bileşimindeki elementlerin vücutta toksik etki oluşturması ve kemiğe göre yüksek elastisite modülüne sahip olması sebebiyle alternatif alaşımlara ihtiyaç olmuştur [69]. Ti-13Nb-13Zr [70], Ti-12Mo-6Zr [71], Ti-35.3Nb-4.9Ta-7.2Zr [72], Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr [73], Ti-35Nb-7Zr-5Ta [74] vb. gibi kimyasal kompozisyonlara sahip ve β faz yapısındaki Ti-Mo-Ta, Ti-Nb-Ta-Zr, Ti-Nb-Mo, Ti-Mo-Fe-Ta ve Ti-Nb-Hf sistemleri ortopedik uygulamalarda biyomekanik ve sitotoksisite özelliklerini karşılamak üzere üretilen Ti alaşımlarına örnek verilmektedir.…”

Section: Saf Ti Ve Ti Alaşimlarinin Tibbi̇ Uygulama Alanlari (Medical Applications Fields Of Pure Ti and Ti Alloys)unclassified

β Tipi Ti Alaşımlarının Özellikleri Üzerine Bir Derleme: Mikroyapı, Mekanik, Korozyon Özellikleri ve Üretim Yöntemleri

Yavuz¹,

Yamanoğlu²

2023

Politeknik Dergisi

View full text Add to dashboard Cite

Biyomedikal malzeme endüstrisi, insanların hayat kalitesini ve buna bağlı aktivitelerini sürdürebilmeleri amacıyla dünya çapında gelişmeye devam etmektedir. Yaşlı nüfus ve refah seviyesinin artış göstermesi biyomedikal malzeme sektörünün hızlı bir şekilde büyümesini sağlayan başlıca sebepler arasındadır. Vücut içerisinde implantasyonun yapılacağı bölgenin özelliklerine göre tercih edilen malzeme grubu değişmektedir. Bu malzemeler arasında metalik biyomalzemeler üstün mekanik özelliklerinden dolayı yüksek kullanım oranına sahiptir. Polimer esaslı, seramik esaslı ve kompozit biyomalzemelerde olduğu gibi metalik biyomalzemelerin de konak canlıda oluşturduğu problemler birçok etkene bağlıdır. Oluşan sorunlara karşı yapılan çalışmalar ve gelişen teknoloji ile birlikte günümüzde yenilikçi çözümler üretilmektedir. Metalik biyomalzemeler sahip oldukları yüksek elastisite modülü ile biyomekanik uyumsuzluğa sebep olurken, içerdikleri alaşım element iyonlarının toksik etki oluşturması sonucunda biyouyumluluğu tehlikeye atmaktadırlar. Bundan dolayı derleme doğrultusunda temelde yaşanan iki probleme karşı geliştirilen, biyouyumluluğu yüksek elementlerle alaşımlanan ve faz yapısı sayesinde düşük elastisite modülüne sahip olan β tipi Ti alaşımlarının özellikleri incelenmiştir. Bununla birlikte, β tipi Ti alaşımlarının üretim yöntemlerinin alaşım üzerindeki etkileri üzerinde durulmuş bu noktada toz metalürjisi teknolojisi ile geliştirilen alaşımların verimliliği araştırılmıştır.

show abstract

Section: Saf Ti Ve Ti Alaşimlarinin Tibbi̇ Uygulama Alanlari (Medical Applications Fields Of Pure Ti and Ti Alloys)unclassified

β Tipi Ti Alaşımlarının Özellikleri Üzerine Bir Derleme: Mikroyapı, Mekanik, Korozyon Özellikleri ve Üretim Yöntemleri

Yavuz¹,

Yamanoğlu²

2023

Politeknik Dergisi

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Therefore, the microstructures of Ti-Nb alloys can be tailored. Xu et al [199] developed a new β-type Ti-5Mo-Fe-3Sn that shows a low elastic modulus of 52 GPa and high yield strength of 740 MPa. The reason for these desired properties is attributed to the combined addition of Sn and Fe suppressing the formation of the ω phase and introducing solid solution strengthening.…”

Section: Mechanical Propertiesmentioning

confidence: 99%

Recent Development in Beta Titanium Alloys for Biomedical Applications

Chen

Cui

Zhang

2020

Metals

203

View full text Add to dashboard Cite

β-type titanium (Ti) alloys have attracted a lot of attention as novel biomedical materials in the past decades due to their low elastic moduli and good biocompatibility. This article provides a broad and extensive review of β-type Ti alloys in terms of alloy design, preparation methods, mechanical properties, corrosion behavior, and biocompatibility. After briefly introducing the development of Ti and Ti alloys for biomedical applications, this article reviews the design of β-type Ti alloys from the perspective of the molybdenum equivalency (Moeq) method and DV-Xα molecular orbital method. Based on these methods, a considerable number of β-type Ti alloys are developed. Although β-type Ti alloys have lower elastic moduli compared with other types of Ti alloys, they still possess higher elastic moduli than human bones. Therefore, porous β-type Ti alloys with declined elastic modulus have been developed by some preparation methods, such as powder metallurgy, additive manufacture and so on. As reviewed, β-type Ti alloys have comparable or even better mechanical properties, corrosion behavior, and biocompatibility compared with other types of Ti alloys. Hence, β-type Ti alloys are the more suitable materials used as implant materials. However, there are still some problems with β-type Ti alloys, such as biological inertness. As such, summarizing the findings from the current literature, suggestions forβ-type Ti alloys with bioactive coatings are proposed for the future development.

show abstract

“…On the other hand, Mo and Fe can be used to a limited extent [6,8,9]. The most appreciated is Nb, which also has the strongest β-stabilizing character and high biocompatibility [1,2,10].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Another important requirement refers to the reduced costs, which imply not only a proper fabrication method with a reduced buy-to-fly ratio, but also a reduced content of expensive chemical components as Ta is. From this point of view, Fe is a good alternative being more accessible [8][9][10][11]. Therefore, many studies have tried to replace expensive Ta with Fe also considering that Ta has a very high melting temperature (T top Ta = 2996 • C) comparative to the above enumerated, making the alloy synthesis and homogenization difficult [6,8,9,11,12].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Consequently, in terms of the requirements described above, the Ti-Nb-Zr-Ta system has proven to be very suitable, especially in terms of good biocompatibility and low Young's modulus [22][23][24][25]. For the last few years, the Ti-Nb-Zr-Fe system has also been reported with good results [9][10][11][26][27][28][29], being a less expensive alternative. However, the ways/modalities to achieve the above-mentioned properties/requirements for these metastable β-Ti alloys are still being debated; there are three that have been the most exploited and explored.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Tailoring a Low Young Modulus for a Beta Titanium Alloy by Combining Severe Plastic Deformation with Solution Treatment

et al. 2021

View full text Add to dashboard Cite

The present paper analyzed the microstructural characteristics and the mechanical properties of a Ti–Nb–Zr–Fe–O alloy of β-Ti type obtained by combining severe plastic deformation (SPD), for which the total reduction was of εtot = 90%, with two variants of super-transus solution treatment (ST). The objective was to obtain a low Young’s modulus with sufficient high strength in purpose to use the alloy as a biomaterial for orthopedic implants. The microstructure analysis was conducted through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) investigations. The analyzed mechanical properties reveal promising values for yield strength (YS) and ultimate tensile strength (UTS) of about 770 and 1100 MPa, respectively, with a low value of Young’s modulus of about 48–49 GPa. The conclusion is that satisfactory mechanical properties for this type of alloy can be obtained if considering a proper combination of SPD + ST parameters and a suitable content of β-stabilizing alloying elements, especially the Zr/Nb ratio.

show abstract

A low-cost metastable beta Ti alloy with high elastic admissible strain and enhanced ductility for orthopaedic application

Cited by 37 publications

References 45 publications

β Tipi Ti Alaşımlarının Özellikleri Üzerine Bir Derleme: Mikroyapı, Mekanik, Korozyon Özellikleri ve Üretim Yöntemleri

β Tipi Ti Alaşımlarının Özellikleri Üzerine Bir Derleme: Mikroyapı, Mekanik, Korozyon Özellikleri ve Üretim Yöntemleri

Recent Development in Beta Titanium Alloys for Biomedical Applications

Tailoring a Low Young Modulus for a Beta Titanium Alloy by Combining Severe Plastic Deformation with Solution Treatment

Contact Info

Product

Resources

About