Journal Article Wear characteristics of carbon nanotube reinforced titanium alloys

SUZUKI, Masahiko  ,  OUSAKA, Yuta  ,  NAKAMURA, Junichi  ,  SUGIMOTO, Tomohiro  ,  OHTORI, Seiji

92E ( 6 )  , pp.43 - 48 , 2016-12-01 , The Chiba Medical Society
[SUMMARY] Recently, carbon nanotube(CNT)reinforced titanium alloys and carbon-doped titanium oxide (Fresh Green)process of titanium alloys have been developed to achieve better mechanical property. The tribological behavior of them was examined in the study. A pin on disc tribometer was used to evaluate wear volume under metal on metal condition using Ti4.5Al3V2Mo2Fe(SP700), CNT SP700 and CoCrMo. Pin on disc tests were carried out to assess the tribological response of ultra-high molecular weight polyethylene to SP700, CNT SP700, Ti6Al4V, CNT Ti6AL4V, carbon-doped titanium oxide Ti6Al4V, and CoCrMo. In the metal on metal study, the addition of CNT to SP700 reduced wear volume less than the SP700 and the wear volume of the CNT SP700 was larger than that of the CoCrMo. In the metal on ultra-high molecular polyethylene study, the wear volume of the Ti6Al4V was totally equal to that of the CoCrMo. The wear volumes of CNT SP700 and CNT Ti6Al4V decreased to three fourths of that of the Ti6Al4V and the CoCrMo. The wear volume of the fresh green-Ti6Al4V decreased to one half of that of the Ti6Al4V and the CoCrMo. Hence, Fresh Green-Ti6Al4V might be a good candidate for sliding surface material.
[要旨] 【目的】チタン合金は比強度が高く,耐食性にすぐれていることから,骨接合材料や人工関節材料に用いられている。近年,チタン合金の機械強度を上げるためにカーボンナノチューブ強化チタン合金やカーボン添加酸化チタン処理チタン合金などが開発され,自動車産業や航空業界で使用されている。そこで,本研究ではこれら新規材料の摩耗特性について検討した。【方法】メタル対メタル条件の摩耗試験は,Ti4.5Al3V2Mo2Fe(SP700),CNT SP700(カーボンナノチューブ強化SP700),コバルトクロム合金を用いて,ピンオンディスク試験機で行った。メタル対ポリエチレン条件の摩耗試験にはSP700,CNT SP700,Ti6Al4V,CNT Ti6AL4V,カーボン添加酸化チタン処理Ti6Al4V,コバルトクロム合金を用いてピンオンディスク試験機で行った。【結果】メタル対メタル条件では,カーボンナノチューブ強化チタン合金の摩耗量はチタン合金の摩耗量の半分以下に減少していたが,メタル対メタル条件で股関節で臨床使用されているコバルトクロム合金の摩耗量より大きかった。メタル対ポリエチレン条件では,カーボンナノチューブ強化した SP700 や Ti6Al4V の摩耗量は,従来の Ti6Al4V合金やコバルトクロム合金の摩耗量の 3/4 となっていた。一方,カーボン添加酸化チタン処理Ti6Al4Vの摩耗量は,Ti6Al4Vチタン合金やコバルトクロム合金の摩耗量の 1/2 に減少していた。【考察】カーボン添加酸化チタン処理 Ti6Al4V は,人工関節の摺動面素材の有力な候補かもしれない。

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