Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия

А. Н. Моногенов, старший научный сотрудник лаборатории сверхэластичных биоинтерфейсов научного управления, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: monogenov@mail.ru
Е. С. Марченко, заведующая лабораторией медицинских материалов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического института, канд. физ.-мат. наук, доцент, эл. почта: 89138641814@mail.ru
О. В. Кокорев, профессор кафедры прочности и проектирования, докт. мед. наук, эл. почта: kokorevov@mail.tsu.ru

Научно-исследовательский институт онкологии – филиал ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр» РАН, Томск, Россия¹ ; Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, Томск, Россия²
В. И. Штин, старший научный сотрудник отделения опухолей головы и шеи¹, канд. мед. наук², эл. почта: shtinv@mail.ru

Сибирский государственный медицинский университет, Томск, Россия
Л. С. Краева, доцент кафедры неврологии и нейрохирургии, канд. мед. наук, эл. почта: kraeva.Is@ssmu.ru

В работе принимали участие студенты ТГУ: В. С. Турская и Е. А. Кушнарев.

Исследованы структура и свойства, в том числе биосовместимость сплава медицинского назначения на основе никелида титана, легированного вольфрамом. Фазовый состав установлен методом рентгеноструктурного анализа. Основные фазы: TiNi; Ti₂Ni; TiNi₃; Ti₃Ni₄; чистый W. Изучен элементный состав микроструктуры. Установлено, что вольфрам присутствует в сплаве TiNi в виде отдельных частиц, средний размер которых составляет 1,5 мкм. Легирование сплавов TiNi вольфрамом смещает прямое мартенситное превращение в сторону более низких температур. Величина накопленной при охлаждении деформации многократного эффекта памяти формы (МЭПФ) с увеличением содержания вольфрама от 0 и 0,6 % (ат.) снижается от 6,5 до 3 %. Температуры начала – конца формоизменения при охлаждении и температуры начала – конца формоизменения при нагреве с ростом концентрации вольфрама снижаются. Величина МЭПФ монолитных сплавов на основе никелида титана, легированных до 0,2 % (ат.) W не ухудшается и остается на высоком уровне, при этом степень недовозврата после 10-го цикла охлаждения – нагрева под нагрузкой близка к нулю, что свидетельствует о высоких сверхэластичных свойствах сплавов Ti₅₀Ni_50–xW_x (при x = 0; 0,2; 0,4; 0,6). Практическое применение сплавов системы Ti – Ni – W в медицине в отношении физического материаловедения перспективно при концентрации до 0,2 % (ат.)W. Установлено, что легирование вольфрамом монолитных образцов из никелида титана способствует улучшению биосовместимости их по отношению к клеткам линии 3Т3 через 72 ч. Тест на гемолиз показал, что сплавы Ti₅₀Ni_50–xW_x (при x = 0; 0,2; 0,4; 0,6) в указанных концентрациях легирования не имеют разрушительного влияния на эритроциты.

Работа выполнена в рамках проекта Госзадания Минобрнауки России проект № FSWM-2020-0022.

1. Гюнтер В. Э., Ходоренко В. Н., Чекалкин Т. Л., Олесова В. Н. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы: в 14 томах / под ред. В. Э. Гюнтера. Медицинские материалы с памятью формы. Т. 1. — Томск : Изд-во МИЦ, 2011. — 534 с.
2. Моногенов А. Н., Гюнтер В. Э., Марченко Е. С., Аникеев С. Г. и др. Мартенситные превращения и эффект памяти формы биосовместимых сплавов TiNiMoAl // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. Вып. 6. С. 36–39. DOI: 10.21883/PJTF.2021. 06.50757.18555
3. Марченко Е. С., Байгонакова Г. А., Гюнтер В., Клопотов А. А. Мартенситные превращения сплавов на основе никелида титана с разными легирующими добавками // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. Вып. 5. С. 769–772.
4. Артюхова Н. В., Ясенчук Ю. Ф., Гарин А. С., Гюнтер В. Э. Влияние легирующих добавок кобальта и молибдена на структуру и параметры памяти формы пористого реакционно-спеченного никелида титана // Письма в Журнал технической физики. 2018. Вып. 14. С. 103–109. DOI: 10.21883/PJTF.2018.14.46351.17058
5. Куранова Н. Н., Окулов А. В., Пушин А. В., Пушин В. Г. Влияние легирования медью и железом на термоупругие мартенситные превращения и физико-механические свойства никелида титана с эффектами памяти формы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12 (ч. 3). С. 422–426.
6. Муслов С. А., Лотков А. И. Нанотвердость и модуль упругости монокристаллов и поликристаллов системы сплавов TiNi – TiFe // Физическая мезомеханика. 2022. Т. 25. Вып. 6. С. 57–62. DOI: 10.55652/1683-805X_2022_25_6_57
7. Parida J., Mishra S. Ch., Behera A. Fabrication of TiNiFe alloy produced by mechanical alloying and conventional sintering // Materialstoday proceedings. 2023. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.05.563
8. Tian Y., Chen X., Cai Y., Luo Zh. et al. Microstructure and properties of a Ni – Ti – Cr – Mo – Nb alloy fabricated in situ by dual-wire arc additive manufacturing // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 853. P. 693–696. DOI: 10.1016/j.msea.2022.143740
9. Jiang D., Jia Zh., Yang H., Liu Y. et al. Large elastic strains and ductile necking of W nanowires embedded in TiNi matrix // Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 60. P. 56–60. DOI: 10.1016/j.jmst.2020.04.058
10. Mehrabi K., Bahmanpour H., Shokuhfar A., Kneissl A. Influence of chemical composition and manufacturing conditions on properties of NiTi shape memory alloys // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 481-482. P. 693–696. DOI: 10.1016/j.msea.2006.12.230
11. Kaur N., Kaur D. Grain refinement of NiTi shape memory alloy thin films by W addition // Materials Letters. 2013. Vol. 91. P. 202–205. DOI: 10.1016/j.matlet.2012.09.073
12. Эмсли Дж. Элементы. — Пер. с англ. — М. : Мир, 1993. — 256 с.
13. Li H., Cong Y., Zheng Yu., Cui L. In vitro investigation of NiTiW shape memory alloy as potential biomaterial with enhanced radiopacity // Materials Science and Engineering: C. 2016. Vol. 60. P. 554–559. DOI: 10.1016/j.msec.2015.12.006
14. Hsieh S. F., Wu S. K., Lin H. C., Yang C. H. Transformation sequence and second phases in ternary Ti – Ni – W shape memory alloys with less than 2 at. % W // Journal of Alloys and Compounds. 2005. Vol 387. P. 121–127. DOI: 10.1016/j.jallcom.2004.06.026