Structure, Microstructure, and Some Selected Mechanical Properties of Ti-Ni Alloys

Titanium nickel (Ti-Ni) alloys with low nickel (Ni) content can be used as biomaterials because they improve the mechanical properties, corrosion, and wear resistance of commercially pure titanium (Cp-Ti). Among the mechanical properties of a biomaterial, elastic modulus and microhardness are very important, and each varies according to the microstructure and interstitial elements such as oxygen and nitrogen as well as the amount of substitutional element and thermomechanical processing. Heat treatments are used to obtain a homogeneous microstructure, free of internal stresses structural, microstructural, also to retain or change the size of the phases. In this chapter, the preparation, chemical, structural, and microstructural, and mechanical characterization of Ti-Ni alloys are presented. The structural and microstructural characterization showed the predominant presence of α and Ti2Ni phases. There is no clear variation of the microhardness due to the amount of nickel. The dynamic elastic modulus was slightly above the Cp-Ti due to the addition of a new intermetallic phase (Ti2Ni) but did not vary significantly with the amount of Ni

Efeito dos elementos substitucional e intersticial na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas Ti-x%pNi, x = 5, 10, 15 e 20

Ligas de titânio apresentam grande potencial para uso como biomateriais devido à boa biocompatibilidade e propriedades mecânicas. A adição do níquel ao titânio melhora a resistência ao desgaste, à corrosão e propriedades mecânicas deste elemento. O objetivo deste trabalho foi investigar os efeitos da dopagem de oxigênio na estrutura, microestrutura e em algumas propriedades mecânicas selecionadas de ligas do sistema Ti-xNi%p, x= 10, 15 e 20. Neste trabalho as ligas foram preparadas pela fusão dos metais comercialmente puros em forno a arco voltaico. Para comprovar a composição das ligas obtidas foram feitas análises químicas por emissão óptica por plasma induzido e EDS, que forneceu também o mapeamento dos elementos titânio e níquel para verificar a homogeneidade das ligas. Tratamentos térmicos de homogeneização foram realizados como preparação para a conformação mecânica, no caso a laminação a quente, e após para obter uma microestrutura mais estável, livre de tensões. A seguir foram realizadas dopagens com oxigênio, variando a pressão deste gás e a temperatura, originando amostras com quantidades diferentes de oxigênio. A estrutura foi analisada por difração de raios-X e a microestrutura por microscopia óptica, eletrônica de varredura e EDS para analisar a distribuição dos elementos titânio e níquel nas fases. A quantificação de oxigênio e nitrogênio foi feita por fusão sob gás inerte. As propriedades mecânicas mensuradas foram dureza e módulo elástico dinâmico. Os resultados mostraram que as amostras apresentam a concentração adequada de níquel e boa homogeneidade dos elementos. As ligas apresentam predominantemente as fases alfa e intermetálica Ti2Ni e a quantidade desta aumenta de acordo com a concentração de níquel. Nas amostras Ti15Ni e Ti20Ni este intermetálico reagiu com oxigênio formando o trióxido Ti4Ni2O. As microestruturas variaram de acordo com o processamento, assim como os valores de microdureza. Os valores de módulo elástico estão um pouco acima do titânio devido â formação de uma nova fase intermetálica, mas não variaram significativamente com os processamentos e a dopagem com oxigênio.Titanium alloys have great potential for use as biomaterials due to the good biocompatibility and mechanical properties. The nickel addition to titanium improves the wear, corrosion and mechanical resistance of this element. The objective of this work was to investigate the effects of oxygen doping on structure, microstructure and on some selected mechanical properties of Ti-xNi wt% (x = 10, 15 and 20) alloys system. In this work, the alloys were prepared by melting of commercially pure metals in arc furnace. To establish the composition of the obtained alloys chemical analyses were made by induced plasma optical emission and EDS, which also provided the titanium and nickel elements mapping to check the homogeneity of alloys. Homogenization heat treatment was performed in preparation for conformation, in the case hot-rolling, and after, to get a more stable microstructure, free of stress. Oxygen doping were made, by varying the pressure of this gas and temperature, resulting in samples with different quantity of oxygen. The structure was analyzed by x-ray diffraction and the microstructure by optical and scanning electron microscopy, and EDS, to analyze the distribution of the elements titanium and nickel in phases. Quantification of oxygen and nitrogen was made by melting under inert gas. The mechanical properties measured were hardness and elastic modulus. The results showed that the samples have the proper concentration of nickel and titanium, and good homogeneity of the elements. The alloys present predominantly alpha and Ti2Ni intermetallic phases and its amount increases according to the nickel concentration. In Ti15Ni Ti20Ni samples this intermetallic reacts with oxygen forming trioxide Ti4Ni2O. The microstructures varied according to the processing, as well as the values of microhardness. The values of elastic modulus are a little above the titanium due to the formation of new intermetallic phase,but not varied significantly with the processing and oxygen doping.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES

Influência de tratamentos termo-mecânicos na estrutura e microestrutura da liga Ti-10%pNi obtida por fusão a arco

Titanium alloys are an important class of biomaterials. Apart from the issue of biocompatibility, is very important to consider the mechanical properties of a biomaterial, which are directly related to the microstructure and interstitial elements quantity present. In the present paper, Ti-10wt%Ni was produced from the melting of commercially pure titanium and nickel in arc furnace under argon atmosphere. Then a heat treatment was carried out and the sample was hot-rolled. To prove the alloy composition, quantitative chemical analysis was performed. The structure and microstructure of the produced alloy were analyzed by x-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy. The results show that the alloy presents predominantly titanium alpha phase (hexagonal compact structure), with proeutectoid lamellar precipitates in eutectoid matrix of alpha phase and intermetallic Ti2Ni.Ligas de titânio representam uma importante classe de biomateriais. Além da questão da biocompatibilidade, é muito importante considerar as propriedades mecânicas de um biomaterial, que são diretamente relacionadas com a microestrutura e quantidade de elementos intersticiais presentes. No presente trabalho, a liga Ti-10%pNi foi produzida a partir da fusão dos metais titânio e níquel comercialmente puros, num forno de arco sob uma atmosfera de argônio. Em seguida, foi realizado um tratamento térmico e a amostra foi laminada. Para comprovar a composição da liga, foi realizada análise química quantitativa. A estrutura e microestrutura da liga produzida foram analisadas por difração de raios-x, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados mostram que a liga apresenta predominantemente a fase alfa do titânio (estrutura hexagonal compacta), com precipitados lamelares proeutetóide numa matriz eutetóide composta de fase alfa e do intermetálico Ti2Ni.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP

Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Ti-5wt-%Ni alloys for use as biomaterial

Titanium alloys are among the most important and frequently used class of biomaterials. In addition to biocompatibility, it is important that an implant material present satisfactory mechanical properties that allow long term use in the body. To improve such properties, different heat treatments are used, as well as doping with oxygen. The presence of interstitial oxygen in the crystal lattice causes deformation, increases the hardness, and causes modifications in anelasticity, thereby decreasing the elastic modulus. In this study, an alloy was prepared by arc melting precursor metals, heat and mechanically treated, and doped with oxygen, resulting in samples with different processing conditions. In each condition, the alloy was characterised in terms of amount of oxygen, X-ray diffraction, and optical microscopy. In addition, properties of the alloy, such as hardness and elastic modulus, were analysed