Analiza procesów zachodzących podczas ściskania porowatej stali 316L do zastosowań biomedycznych

• Autorzy: Grądzka-Dahlke M.

Warianty tytułu

EN

Analysis of the processes occurring during compression of the porous 316L steel for biomedical applications

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Porowate biomateriały metaliczne są atrakcyjnym materiałem implantacyjnym ze względu na większe od tradycyjnych stopów dopasowanie modułu sprężystości do kości oraz na możliwość przerastania porów tkanką kostną i zapewnienia właściwego mocowania implantu w kości. Materiałom tym stawiane są jednak wysokie wymagania, aby zagwarantować odpowiednią trwałość wszczepu. Wśród tych wymogów są m.in. właściwości mechaniczne, szczególnie wytrzymałość zmęczeniowa, a także właściwości magnetyczne. Wszystkie stosowane obecnie stopy implantacyjne (stale chromowo-niklowe, stopy kobaltu i stopy niklu) są paramagnetykami. Jednak na skutek cyklicznych obciążeń, którym poddawane są implanty podczas eksploatacji w organizmie w niektórych materiałach mogą zajść przemiany strukturalne, zmieniające także właściwości użytkowe biomateriałów. W pracy analizowano zmiany zmęczeniowe, zachodzące pod wpływem obciążeń cyklicznych w porowatych spiekach ze stali 316L, przeznaczonych na implanty biomedyczne oraz ich wpływ na właściwości magnetyczne materiałów. Na podstawie wyników badań można stwierdzić, że spieki porowate wykazują początkowe osłabienie, a następnie stabilizację zmęczeniową w badanym zakresie odkształceń. Badania magnetyczne pokazały, że wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia rośnie wartość magnetyzacji spieków ze stali 316L, co może mieć wpływ na właściwości użytkowe tych materiałów.

EN

The porous metallic biomaterials are to be considered very attractive implant materials due to the matching of their elastic modulus to the bone as well as the possibility of bone tissue ingrowth into pores and assurance of good stabilization if implant. High requirements are set though to ensure proper durability. Among these are mechanical properties, especially fatigue strength and magnetic properties. All of recently used implant alloys (Cr-Ni steel, cobalt or titanium alloys) are paramagnetic. However, cyclic stress that implants must stand during exploitation, may cause structural as well as functional changes in biomaterials. In presented work, fatigue changes occurring during cyclic stresses in porous sinters of 316L steel were analyzed, as well as their influence on magnetic properties of investigated materials. The obtained results showed that initial weakening and then fatigue stabilization was observed in the whole range of analyzed strain. The magnetic research indicated magnetization increase as an effect of rising strain. This can affect functional properties of implant materials.

Słowa kluczowe

PL

biomateriały porowate; stal 316L; wytrzymałość zmęczeniowa; właściwości magnetyczne

EN

porous biomaterials; 316L stainless steel; fatigue strength; magnetic properties

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2010
• Tom: nr 4
• Strony: 16--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Grądzka-Dahlke M.

• Zakład Inżynierii Materiałowej i Biomedycznej Politechnika Białostocka Ul. Wiejska 45C, 15-351 Białystok, Polska,

Bibliografia

• 1. Chawla N., Deng X. Microstructure and mechanical behaviour of porous sintered steels. Materials Science and Engineering 2005, A 390: 98-112.
• 2. Gradzka-Dahlke M., Waliszewski J. Analysis of Phase Transformation of Austenitic 316L Implant Steel during Compression. Defect and Diffusion Forum 2009, Vols. 283-286: 285-290.
• 3. Kaleta J. Cykliczne odkształcenie plastyczne jako przyczyna przemiany martenzytycznej w stalach austenitycznych, Wydawnictwo Uczelniane Akademii Techniczno-Rolniczej Bydgoszczy, Bydgoszcz, 1996: 99-102.
• 4. Kaleta J., Ziętek G. Cyclic plastic deformation – induced martensitic transformation in austenitic steels. Proceedings of 9th International Conference on Fracture ICF-9 (1997), Vol. 1, Pergamon, Sydney April 1-5 1997: 275-281.
• 5. Kocańda S., Kocańda A. Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa metali, PWN, Warszawa, 1989.
• 6. Long M. Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement–a materials science perspective. Biomaterials 1998, 19: 1621–1639
• 7. Palissery V., Taylor M., Browne M. Fatigue characterisation of a polymer foam to use as a cancellous bone analog material in the assessment of orthopaedic devices. Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2004, 15: 61-67.
• 8. Ryan G., Pandit A., Apatsidid D.P. Fabrication methods of porous metals for use in orthopaedic applications. Biomaterials 2006, 27: 2651-2670.
• 9. Takemoto M., Fujibayashi S., Neo M., Suzuki J., Kokubo T., Nakamura T. Mechanical properties and osteoconductivity of porous bioactive titanium. Biomaterials 2005, 26: 6014-6023.
• 10. Teoh S.H. Fatigue in biomaterials: a review. International Journal of Fatigue 2000, 22: 825-837.