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Scientific Reports volume 13、記事番号: 4349 (2023) この記事を引用

684 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

単軸人工膝関節は、補助器具を必要とせずに切断患者に動きを提供する人工生体力学的装置です。主に金属材料で構成されていることに加えて、現在の市販の材料は、長期使用や入手可能なコストに適した特性をグループ化していませんでした。この研究では、単軸人工膝関節として使用できる可能性のある Ti-(10 -x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) 合金を製造し、特性評価しました。合金元素がミクロスケールで適切に化学的に混合されているため、サンプルでは密度値が徐々に減少していました。相組成は、Ti-8Al-2V および Ti-6Al-4V サンプルでは、主要な α 相と少量の α' + β 相を示しました。 Ti と比べて原子半径が異なるため、合金元素の添加によりセルのパラメータが変化しました。選択された機械的特性 (ヤング率、ビッカース微小硬度、および減衰係数) は、CP-Ti グレード 4 よりも優れた値を示しました。サンプルは、模擬海洋溶液に対して良好な腐食特性も示しました。サンプルの摩擦腐食耐性は基準材料よりも優れており、摩耗痕跡は接着摩耗と摩耗摩耗によって生じるいくつかの摩擦層と溝で構成されていました。 Ti-10Al 合金は最高の特性を示し、単軸人工膝関節として使用するのに低コストであると推定されました。

人工膝関節は、下肢切断患者が使用する生体力学的装置であり、補助器具を必要とせずに歩行、ジョギング、立位から回復するための効率的な方法です。足の切断は、四肢の外科的切除を必要とする怪我（交通事故または職場事故）または病気（慢性または加齢に伴う）によって引き起こされます1。人工膝関節は機械式またはコンピューター化されており、患者にとっては最初のものがより安価な選択肢となります。機械式人工膝関節は、回転軸の数に応じて分類されます。回転軸は、単軸、多軸、または多軸になります2。単軸は、膝の屈曲と伸展のみを許可する最も単純なタイプであり、貧しい人々や高齢者にとって最も費用対効果の高いオプションです2,3。主な欠点は、安定した歩行と立位を維持するために必要な過剰な筋力と、膝の回転の制御の難しさです。これにより、歩行パターンに影響を与え、転倒や怪我のリスクが生じる可能性があります4。現在のステンレス鋼プロテーゼが臨床のニーズを満たしていないことを考慮すると、低コストの Ti ベース合金の設計により、コストを過度に上昇させることなくこれらの欠点を克服できる可能性があります。

Ti とその合金は、機械的、腐食、摩耗、生物学的特性に優れているため、主に生物医学材料として使用されています。用途は主に、整形外科、心臓病学、歯学用のインプラントとデバイスで構成されています5。合金元素と適切な熱加工処理の組み合わせにより、α (六方最密結晶構造、hcp) と β 相 (体心立方晶構造、bcc) の割合が変化したり、準安定相 (マルテンサイト α' など) が析出する可能性があります。およびα''またはω)は、Tiの特性に直接影響を与える可能性があります6。無毒な合金元素による Ti 固溶体の形成は、人間の骨とのヤング率の不一致によって促進される応力シールド効果、体液からの腐食によって促進される破損、および毒性に関する制限を克服するための賢明な戦略として現在確立されています。摩耗メカニズムによって発生する放出されたイオンや破片によって引き起こされます7。しかし、すべての臨床ニーズを満たす新しい Ti ベースの材料を開発することは依然として困難です。

Ti-6Al-4V 合金は、CP-Ti グレード 5 とも呼ばれ、ASTM F136 規格 8 によって指定されており、現在世界中で最も人気のある Ti 合金です。この材料は、軽量、高強度、優れた破壊靱性、およびα+β 2 相組成による優れた耐食性を備えており、航空機や空域の構造部品での使用を目的として 1950 年代に開発されました。 1970 年代に、この材料は生体材料として、特に整形外科用インプラントの製造に使用され始めました。しかし、有害で毒性のある Al および V イオンの放出に関する懸念が依然として医学界に警告を発しています 9,10。この状況において、この欠点を克服し、新たな用途を開拓するためのいくつかの戦略は、Ti-Al-V-X (X = Fe、Zr、Mo) 合金などの合金元素の添加に基づいています11、12、13。しかし、現在の研究は、この分野での広範な需要にもかかわらず、外部プロテーゼを考慮せず、生物医学インプラントにおけるチタン合金の潜在的な応用のみに焦点を当てています。

これらのこれまでの考察から、低コストの Ti-Al ベース合金の開発は、切断者が使用する興味深いアプローチとなる可能性があります。この状況において、本論文は、単軸人工膝関節として初めて使用できる可能性のある Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt%) 合金を製造し、特性評価することを目的としています。サンプルは、化学組成および相組成、密度、構造、微細構造、および選択された機械的、電気化学的、摩擦腐食特性によって特徴付けられました。加工コストは原材料の価格に基づいて見積もられました。

Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルは、市販の純 Ti (CP-Ti グレード 2)14、純 Al、および Ti-6Al-4V (CP) から製造されました。 -Ti グレード 5)8 水性超音波浴で洗浄し、対応する質量割合で分離した後。インゴットは、水冷銅るつぼとタングステン電極を備えたアルゴンアーク溶解炉で鋳造されました。チャンバーは事前に 10-3 Torr の真空でクリーニングされ、その後 102 Torr までアルゴンガスでパージされました。化学物質が適切に混合されるように、サンプルを 5 回再溶解しました。次に、サンプルを10-5 Torrの真空、10 K min-1の加熱速度、1273 Kのプラトーで21.6 ksの均質化熱処理に付し、炉を冷却しました。その後、サンプルを 1273 K で熱間圧延し、厚さを約 5 mm 減少させ、空冷しました。最後に、サンプルを 1173 K、10-5 Torr で 7.2 ks 間溶体化し、応力除去と微細構造の再結晶化のために水冷しました。

半定量化学分析および元素マッピングモードでは、化学組成は X 線分散分光法 (EDS; Inca X-Act 検出器、オックスフォード社) によって評価されました。密度値は、アルキメデスの原理とデジタル天秤 (0.0001 g) を使用して室温で取得し、合金元素の加重平均から得られた理論値と比較しました。相組成は、40 kV および 15 mA、Ni フィルター処理した CuKα 放射線 (λ = 0.1544 nm)、固定時間モード、ステップサイズ 0.02°、収集時間は 1.6 秒です。構造パラメータは、Ti 相 (ICSD: α-Ti #43,416 および β-Ti #44,391) および機器寄与のための標準 Y2O3 サンプルからの結晶学的データシートを使用し、GSAS ソフトウェアと EXPGUI インターフェイスを使用して、リートベルト法によって計算されました。精製品質に関する具体的な詳細は、補足資料 1 に記載されています。微細構造特性は、光学顕微鏡 (OM; オリンパス BX51M 顕微鏡) および走査型電子顕微鏡 (SEM; EVO LS15 顕微鏡、カールツァイス社) によって明らかにされました。このために、サンプルは事前に、SiC 耐水紙の研削 (#180 ～ #1500)、アルミナ (0.25 μm) およびシリカ (0.10 μm) のコロイド懸濁液による研磨、およびクロール溶液でのエッチングから構成される標準的な金属組織学的手順に供されました。

機械的特性は、ビッカース微小硬度（HMV-2 硬化剤、島津製作所、0.300 kgf、15 秒）、ヤング率、および減衰係数（励起インパルス法、Sonelastic 装置、ATCP Physical Engineering Inc.）によって評価されました。電気化学的特性は、開回路電位 (OCP、3.6 ks)、動電位分極 (PDP、-1 ～ 2 V、走査速度 10 mV s-1)、および電気化学インピーダンス分光法 (EIS、10–1 ～ 106 Hz、振幅10 mV、10ポイント/ディケード）テスト。サンプルを作用電極、Ag/AgCl 電極を参照、Pt ディスクを対極として設定しました。テストは、インピーダンスモジュールと結合したポテンショスタット (Metrohm Autolab Inc) を使用して、室温で模擬海洋溶液 (3.5% NaCl) 中で実行されました。結果は、NOVA ソフトウェアバージョン 2.1 によって分析されました。データの EIS フィッティングの詳細は補足資料 2 に示されています。摩擦腐食挙動は、1.55 N の荷重下で 1.8 ks 間アルミナ球 (直径 6 mm) を滑らせる電気化学試験と同じ条件で評価されました。周波数は1Hzです。 SEM および共焦点レーザー顕微鏡 (DCM3D 装置、Leica Inc.) 画像処理により摩耗痕跡が分析され、平均粗さ (Ra) および二乗平均平方根 (Rrms) の計算にも使用されました。平均値を正確に計算するために、テストは 3 回行われました。一部の結果は、医療用インプラントの製造に一般的に使用される材料である CP-Ti グレード 4 と比較されました。

図 1 は、溶体化熱処理後のサンプルの EDS 結果を示しています。 3 つの異なる領域から取得したサンプルの平均化学組成 (図 1a) を 1000 倍に拡大したところ、公称値 (偏差 1% 未満) に近いままでした。同じ倍率で収集された元素マッピング (図 1b) には、数十マイクロメートルのスケールで凝集体が正確に形成されることなく、合金元素の良好な分布が示されています。結果は ASTM F136 規格 2 の化学仕様に従っており、処理されたサンプルが研究に適した品質であることが保証されました。

EDS 化学分析: (a) 半定量結果および (b) 元素マッピング。

XRD結果によって検証されたサンプルの相組成を図2に示します。Ti-(10−x)Al-xV（x = 0、2、および4重量％）のXRDパターン（図2a） ) サンプルは、六方最密構造 (α-Ti 相) に関連する回折ピークを示しました。関心領域を拡大すると (図 2b)、V の添加による少量の体心立方構造 (β-Ti 相) の形成が示されます。これは (002)α と (101) の強度の減衰によって証明されます。 )α ピークと、Ti-6Al-4V サンプルの (110)β ピークに関連する 39.5° 付近の小さなピークの出現。この結果は、それぞれ Al 原子と V 原子の α 安定化作用と β 安定化作用に由来しており、合金元素として使用すると Ti の β トランザス温度を変化させることができます 10。

相組成分析: (a) 拡張 XRD プロファイルおよび (b) ズーム XRD プロファイル。

リートベルト精密化から得られた Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの相比率とセルパラメーターを図 3 に示します。結果は、見かけの α を示しています。 → 固溶V添加によりβ相変態し、α型からα+β型Ti合金に変化します。たとえば、Ti-10Al サンプルは単一の α 相を示し、セルパラメータは CP-Ti よりも大幅に低く (aα = 0.2951 nm および cα = 0.4684 nm)、これは Al の小さな金属半径 (0.143 nm) に関連している可能性があります。）Ti（0.147 nm）と比較10、15。ただし、V の量は、その金属半径 (0.205 nm) がより大きいため、α および β セルのパラメータを徐々に増加させました 15,16。 α 相と同様に、aβ 値も CP-Ti (0.3311 nm)10 よりも低く、Al 原子と V 原子が両相で希釈されていることを示しています。同様の結果が、一部の Ti-Cr-Nb 合金に関して Slokar、Matkovic、および Matkovic17 によっても発見されており、合金元素の原子半径に応じた α 相および β 相セルのパラメータの顕著な変化が指摘されています。

相構成とセルパラメータ。

Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの微細構造の側面を図 4 に示します。これは、二次 (SE) および後方散乱を使用して収集された SEM 画像とともに OM を示しています。電子（BSE）ビーム。赤い点線の四角は SEM イメージングの領域を表します。 Ti-10Al サンプルは、数百マイクロメートルの寸法を持ついくつかの細長いα相粒子で構成されていました。対照的に、Ｔｉ－８Ａｌ－２Ｖサンプルは、マルテンサイトα'相に典型的ないくつかの針状構造が浸透したα相のプレートを示した。マルテンサイト領域の SE-SEM 画像により、β 相の不規則な析出物の存在が明らかになりました。 Ti-6Al-4V サンプルでは、ラメラ状の α 相と、α' + β 相から生じるバスケット波パターンも示されました。対応する SE-SEM 画像では、α' 相を通じて β 相のより多くの析出が示されました。 BSE-SEM 画像には、金属組織学的エッチングプロセスから自然に生じるいくつかのダークスポットが示されており、α'/β 境界に Z コントラストが現れる傾向があり、これは異なる原子番号 (Ti = 22) の合金元素の優先位置に起因するものです。、Ａｌ＝１３、Ｖ＝２３）１５． β 安定化元素と適切な熱処理を組み合わせると、少量の合金元素で形成されるマルテンサイト α' 相などの準安定相の析出が誘発される可能性があることはよく知られています。溶液化したサンプルはβトランザスを超える温度で水冷を受けると、冷却中に自然のβ→α相とともにβ→α'相変態が引き起こされました。マルテンサイト α' 相は、同じ空間グループの α-Ti19 を持つ歪んだ六方最密結晶構造を持っています。したがって、この相は従来の XRD 測定では区別できませんでした。

微細構造解析: OM (左)、SE-SEM (中央)、および BSE-SEM (右) イメージング。

Ti-(10-x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの CP-Ti と比較したサンプルの密度および機械的特性の値を図 5 に示します。実験的な密度値 (図 5a) は理論値と同じ傾向を示し、V の添加とともに徐々に増加しました。密度値の増加は、すべてのサンプルが提示されたにもかかわらず、Ti (4.51 g cm-3) および Al (2.70 g cm-3) と比較した場合の V (6.11 g cm-3) のより高い密度値によって生じます15。 CP-Ti を下回る値。切断患者の観点からすると、可動性を確保するのにわずかな労力で済む可能性がある場合、軽い材料は人工膝関節の製造に有利となる可能性があります1。図5bに示すように、サンプルの選択された機械的特性がCP-Tiと比較されます。ヤング率は CP-Ti を下回ったままであり、準安定 α' 相および β 相の析出によって V の量に応じて段階的に減衰することが示されました 10。以前に報告されているように、人間の皮質骨 (約 30 GPa) に近いヤング率の低い材料は、生体力学的な負荷を適切に伝達し、応力遮蔽効果によって引き起こされる骨萎縮を回避できます。対照的に、ビッカース微小硬度値は CP-Ti よりも高く、その結果、合金元素と準安定相によって引き起こされる固溶体および相析出硬化メカニズムが生じました 18,20。 V の量に応じた微小硬度のわずかな低下により、固溶体中の Ti よりも硬化剤が少なくなります21。硬度は機械的強度に直接関係しているため、硬い金属材料はプロテーゼにとって好ましい機械的特性を示すことができます。減衰係数 (Q-1) に関しては、Ti-10Al サンプルはサンプルよりも高い値を示し、大きな変形を伴うことなく機械振動を吸収する能力を強調しました。高減衰材料は、故障することなく機械的負荷をより適切にサポートできるため、耐荷重性の生物医学材料に役立つ可能性があります22。機械的な観点から、人工膝関節としての使用の可能性は、Ti-10Al > Ti-8Al-2V > Ti-6Al-4V > CP-Ti として挙げられます。

選択された特性: (a) 密度および (b) 機械的値。

Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルに対して模擬海洋溶液 (3.5% NaCl) 中で実施した電気化学試験から得られた結果を図 6 に示します。 Ti-10Al サンプルの OCP (図 6a) 値は最も高貴な挙動を示し、表面上のより安定した不動態酸化物層を示しています。 PDP（図6bおよび表1）の結果は、すべてのサンプルがCP-Tiよりも低い腐食電位（Ecorr）を持ち、腐食電流（jcorr）がわずかに高いことを示しています。これは、表面の分極と劣化に対するわずかな抵抗を示している可能性があります。ただし、分極抵抗 (Rp) と腐食速度 (CR) の値は同じ大きさのままであり、シミュレートされた海洋溶液に対して同様の挙動を示しています。また、Ti-6Al-4V サンプルは既に生体用金属材料として実用化されていることから、他のサンプルも人工膝関節としての応用に適した結果を示した。さらに、より高い電位の陰極領域では、CP-Ti は不動態層破壊後の典型的な振動により孔食を受けやすくなりましたが、他のサンプルは安定したままでした。 EIS 結果からのナイキストプロットを図 6c に示します。すべてのサンプルで明らかな単一の半円が見られます。 Ti-10Al サンプルの半円の直径は最も大きく、他のサンプルよりも分極抵抗が高い可能性が高いことを示しています 23。図6eの等価電気回路は、溶液からの抵抗成分と酸化物層からの単一の並列電気回路の組み合わせを示しており、ランドルズ回路で示されています。回路は、溶液 (Rs) と酸化物層 (Rp) の分極抵抗、および定位相要素 (CPE) で構成されています。 Chávez-Díaz et al.24 は、Ti-6Al-4V 合金の不動態層は主に TiO2 とその亜酸化物 (TiO および Ti2O3)、および少量の Al2O3 で構成されており、これが耐食性の向上に積極的に寄与していると報告しました。ハンクの解決策。表 2 に示す EIS 適合パラメータから、サンプルは CP-Ti と比較して酸化物の分極抵抗値 (Rp) が高く、模擬海洋環境に対する顕著な保護を示していることがわかります。ボード線図（図6d）は、CP-Tiが低周波で他のサンプルと同様の抵抗を持っていることを示しています。これは、TiO2の保護層の優れた挙動を意味します。一方、高周波では、CP-Ti がサンプルの中で最も高い静電容量を示し、電子が表面を通過して劣化メカニズムが発生する可能性がありました。位相定数指数 α は CPE コンポーネントの電気的挙動を示しており、酸化物から得られたすべての結果は 1.0 の値に近く、容量特性を示していました。それでも、Ti-Al-V サンプルには小さな問題が見られ、抵抗挙動の傾向が示されました。知られているように、容量性の挙動は、表面上の秩序ある電荷が電子の通過を許容することを示します。対照的に、抵抗挙動は電子の通過を許さない保護層を形成します25。この材料の模擬海洋溶液に対する耐食性により、海水環境での義足の使用が可能になり 26、切断者の生活の質と社会への統合が向上します。電気化学的な観点から、サンプルは Ti-10Al > CP-Ti > Ti-8Al-2V > Ti-6Al-4V に分類できます。

電気化学分析：（a）OCP、（b）PDP、（c）および（d）EISの結果、および（e）等価電気回路。

電気化学試験の前後に採取された Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの粗さの値が図 7 に比較されています。表面で発生した腐食メカニズムにより、すべてのサンプルの Ra e Rrms 値が大幅に変化しました。表面が粗い場合は、孔食が存在し、腐食が進行する傾向があることを示している可能性があります27。 Chi、Yi、および Liu28 は、不規則なトポグラフィーが表面の酸化物不動態化を何らかの形で遅らせると、酸性 HCl ベースの溶液中での Ti-6Al-4V 合金の電気化学的特性と孔食に対する粗さの重大な影響を発見しました。この意味で、粗さの値にわずかな変化を示した Ti-10Al および Ti-6Al-4V サンプルは、最も好ましい結果を示しました。

粗さは電気化学分析によって変化します: (a) Ra 値と (b) Rrms 値。

摩擦腐食試験中に記録された Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの OCP 値と、対応する COF 値を図 8 に示します。は、水性腐食環境で摩耗および腐食メカニズムにさらされた場合の生物医学用チタン合金の典型的な特性に従いました29。滑り摩擦中（図8a）、カウンターボディによる不動態酸化物層の除去（不動態化）により、すべてのサンプルのOCP値が急激に減衰しました。初期および最終の OCP 値に関しては、CP-Ti の方がより顕著なギャップを示し、これは、スライド中に CP-Ti よりも正の OCP を示すため、製造されたサンプルがより貴であることを示しています。 CP-Ti では、凸凹した曲線がより高くなっています。これは、酸化物層の絶え間ない除去と再不動態化、およびデブリからの表面への摩擦層の堆積の結果です。しかし、この破片は人体にも放出される可能性があるため、サイトカイン生成に顕著な影響を及ぼし、細胞生存率を低下させる可能性があります30。 Ti-10Al サンプルは最も高い OCP 値を示し、摺動中の表面安定性が優れていることを示しました。より高い OCP 値によって示されるように、スライド停止により、すべてのサンプルは CP-Ti よりも優れた再不動態化能力を示しました。線がほぼ直線であるため、再不動態化後に最も安定しているのは Ti-6Al-4V でしたが、調査したすべての合金と比較すると、Ti-10Al が復帰時の再不動態化の傾向が最も優れていました。それにもかかわらず、すべてのサンプルの COF 値はほぼ同じままでした (約 0.30 ～ 0.40)。したがって、摩擦腐食の観点から、サンプルは Ti-10Al > Ti-8Al-2V > Ti-6Al-4V > CP-Ti に分類できます。

摩擦腐食分析: (a) OCP および (b) COF の結果。

Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) サンプルの共焦点 3D レーザーイメージングを図 9 に示します。摩擦腐食試験。サンプルの摩耗痕跡の幅は CP-Ti よりも狭いままであり、摩擦腐食耐性が優れており、摩耗量が少ないことを示しています。すべての摩耗痕跡は典型的な溝を示し、カウンター本体との摩耗による摩耗を引き起こしました31。 SEM画像（図9bおよびc）は、Ti-10Alサンプルの摩耗軌跡がより平坦であるように見え、摩耗粉の堆積に由来するある程度の摩擦層プレートが堆積しており、これは典型的な付着摩耗であることを示しています。サンプルでは幅約 300 μm の摩耗跡が示されていましたが、CP-Ti では幅が 500 μm でした。 Feyzi ら 32 は、同じ摩耗メカニズムを報告し、PBS (リン酸緩衝食塩水) 溶液中での Ti-6Al-4V 合金の摩擦腐食挙動に対する法線力と印加電位の影響を調査しました。

摩耗跡のトポグラフィー: (a) 10 倍の共焦点 3D レーザーイメージング、および (b) 100 倍および (c) 1000 倍の SE-SEM イメージング。

図 10 は、原材料の市場価格のみに基づいた材料の製造価格の見積もりを示しています。バークレー研究所 (www.materialslab.org) が報告した CP-Ti グレード 2、純 Al、Ti-6Al-4V の世界平均価格 (kg あたり米ドル) を比較しました。 Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt.%) 合金の推定価格は、この研究で使用した原材料の加重値から計算されました。純アルミニウムはリサイクル性が高く、Ti-6Al-4V 合金は主に世界中で販売されているため、価格は CP-Ti よりも低くなります。結果として、これらの材料を合金元素として使用すると、Ti-10Al および Ti-8Al-2V 合金により魅力的な価格が提供されました。したがって、機械的、電気化学的、摩擦腐食特性を考慮すると、Ti-10Al 合金は単軸人工膝関節の製造に最適であり、低コストで長期使用が保証されます。

サンプル製作にかかる見積価格です。

Ti-(10−x)Al-xV (x = 0、2、および 4 wt%) サンプルを作成し、単軸膝関節プロテーゼとしての潜在的な用途に向けて特性評価しました。サンプルは、数十マイクロメートルのスケールで合金元素の優れた混合物を示し、固溶体中のβ安定剤 V の合金化によって誘発された少量の準安定 α' 相および β 相を伴う主α相を有していました。セルパラメータは、置換型AlおよびV元素の原子半径に応じて、化学組成とともに変化しました。微細構造は当初、α相の細長い粒子で構成され、二重α' + β相に典型的なバスケットウィーブ構造から変化しました。化学組成および相組成により、ビッカース微小硬度、ヤング率、および減衰率が徐々に変化します。電気化学テストでは、模擬海洋溶液 (3.5% NaCl) に対して十分な耐食性があることが示されました。摩擦腐食試験では、摩耗および粘着摩耗メカニズムの摩耗痕跡の証拠となる、この用途にとって興味深い結果も示されました。 Ti-10Al サンプルは、単軸膝コンポーネントとしての使用に最適な機械的、電気化学的、摩擦腐食特性を示し、特に CP-Ti グレード 2 に関しては魅力的な価格を示し、外部用途を対象とした Ti ベース合金の新規開発に新たな地平をもたらしました。プロテーゼ。 3D プリンティング技術を使用するなど、多孔質 Ti-10Al の高度な製造に関するさらなる研究により、これらの特性を大きく損なうことなくプロテーゼの重量とコストを削減することができます。

データは、電子メールアドレス [email protected] へのリクエストに応じて共有できます。

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著者らは、熱間圧延装置を使用してくれた材料工学科 (DEMA – UFSCar – サンカルロス) の Oscar Balancin 教授と Rover Belo 氏、熱間圧延装置を使用してくれた工学学校 (FEB – UNESP – Bauru) の Hamilton José de Mello 氏に感謝します。マイクロデュロメーター装置の使用、およびサンプル処理の支援のために科学部 (FC – UNESP – Bauru) の Williams Govedise 氏が協力してくれました。電気化学装置の使用については海洋高等研究所 (IEMAR – UNESP – São Vicente)。この研究は、CNPq (助成金 #407251/2018-9 および #314810/2021-8)、FAPEAM (助成金 #001/2019-PROPG-CAPES/FAPEAM)、および FAPESP (助成金 #13921-3/2021) の資金提供を受けました。代理店。

弾性および生体材料研究所、サンパウロ州立大学 (UNESP)、理学部、バウル、SP、17033-360、ブラジル

BO ピント、JE トレント、CR グランディーニ、DRN コレア

物理およびレオロジー特性評価研究所、サンパウロ州立大学 (UNESP)、理学部、バウル、SP、17033-360、ブラジル

EL ガリンド & CAF ピンタン

ナノテクノロジーおよび先端材料研究所、サンパウロ州立大学 (UNESP)、理学部、バウル、SP、17033-360、ブラジル

AA サントス & PN リスボンフィーリョ

サンパウロ州立大学 (UNESP) 理学部化学科、Bauru、SP、17033-360、ブラジル

FML ブリッジ

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BOP: 概念化、方法論、調査、データキュレーション、執筆—原案。 JET: 調査、データキュレーション、執筆—原案。 CRG: 方法論、リソース、データキュレーション、執筆 - 原案。 ELG: 方法論、データキュレーション、ライティング—レビュー。 CAFP: 方法論、リソース、データキュレーション、リソース、ライティング - レビュー。 AAS: 方法論、リソース、データキュレーション、ライティング - レビュー。 PNL: 方法論、リソース、データキュレーション、執筆 - 原案。 FMLP: 方法論、リソース、データキュレーション、リソース、執筆 - レビュー。 DRNC: 概念化、調査、データキュレーション、リソース、監督、資金調達、執筆—原案。

DRNコレアへの対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

ピント、BO、トレント、JE、グランディーニ、CR 他単軸人工膝関節として使用するための Ti-Al-V 合金の開発: 機械的、腐食、摩擦腐食挙動の評価。 Sci Rep 13、4349 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31548-1

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受信日: 2023 年 2 月 2 日

受理日: 2023 年 3 月 14 日

公開日: 2023 年 3 月 16 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31548-1

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