Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН, Бийск, Россия ; Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия

Е. С. Марченко, доцент, ведущий научный сотрудник¹, заведующая лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы², докт. физ.-мат. наук

Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
Г. А. Байгонакова, старший научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук
В. А. Лариков, аспирант, младший научный сотрудник, эл. почта: calibra1995se@gmail.com
Е. Д. Хабибова, младший научный сотрудник

Выполнено исследование структуры, фазового состава и коррозионной стойкости пористого сплава TiNi с добавлением 0,5 % (ат.) наночастиц серебра, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Рентгеноструктурный анализ показал наличие фаз TiNi (B2), Ti4Ni2O, TiAg и CaTiO₃. Преобладание фазы TiNi (B2) указывает на сохранение структуры никелида титана, а присутствие фаз Ti₄Ni₂O и TiAg свидетельствует об образовании интерметаллидных соединений и оксидов в процессе синтеза. Фаза CaTiO₃, вероятно, образуется в результате примесей кальция в порошке титана. Результаты сканирующей электронной микроскопии и картирования элементов показали, что серебро локализуется преимущественно на границах включений Ti₄Ni₂O, взаимодействуя с кальцием и титаном. Это может свидетельствовать о значительном влиянии серебра на изменение микро- и наноструктуры сплава. Электрохимическая импедансная спектроскопия и потенциодинамические измерения выявили существенное воздействие добавления серебра на коррозионные свойства сплава. Происходит снижение поляризационного сопротивления и увеличение плотности коррозионного тока для сплава TiNi – 0,5 Ag по сравнению с чистым TiNi, что свидетельствует об уменьшении коррозионной стойкости сплава с добавлением серебра. Также зафиксировано смещение потенциала коррозии в более положительную сторону и изменение фазового состава оксидного слоя, что объясняется образованием фазы CaTiO₃. Таким образом, добавление 0,5 % (ат.) наночастиц серебра в пористый сплав TiNi приводит к улучшению проводимости материала, но снижает его коррозионную стойкость.

Исследование выполнено при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по проекту № FSWM-2025-0009.

1. Eisenbarth E., Velten D., Muller M. Biocompatibility of β-stabilizing elements of titanium alloys. Biomaterials. 2004. Vol. 25. pp. 5705–5713.
2. Long M., Rack H. J. Titanium alloys in total joint replacement-a materials science perspective. Biomaterials. 1998. Vol. 19. pp. 1621–1639.
3. Geetha M., Singh A. K., Asokamani R., Gogia A. K. Ti based biomaterials, the ultimate choice for orthopaedic implants – a review. Prog. Mater. Sci. 2009. Vol. 54. pp. 397–425.
4. Zheng Y. F., Zhang B. B., Wang B. L., Wang Y. B. et al. Introduction of antibacterial function into biomedical TiNi shape memory alloy by the addition of element Ag. Acta Biomater. 2011. Vol. 7. pp. 2758–67.
5. Zhang E. L., Zhao X. T., Hu J. L. Antibacterial metals and alloys for potential biomedical implants. Bioact. Mater. 2021. Vol. 6. pp. 2569–2612.
6. Zhang E. L., Fu S., Wang R. X. Role of Cu element in biomedical metal alloy design. Rare Metals. 2019. Vol. 38. pp. 476–494.
7. Oh K. T. Effect of silver addition on the properties of nickel–titanium alloys for dental application. J. Biomed. Mater. Res. 2006. Vol. 76B. pp. 306–314.
8. Jhou W. T. TiNiCuAg shape memory alloy films for biomedical applications. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 738. pp. 336–44.
9. Chun S. J. Martensitic transformation behavior of Ti – Ni – Ag alloys. Intermetallics. 2014. Vol. 46. pp. 91–96.
10. Gilberto A. S., Otubo J. Investigation of Ni-and Ti-content influence on microstructure and phase transformation behavior of NiTi SMA alloyed with Ag. MATEC Web of Conferences. 2015. Vol. 33. 6.
11. Li S. Microstructures and martensitic transformation behavior of superelastic Ti – Ni – Ag scaffolds. J. Mater. Res. Bull. 2016. Vol. 82. pp. 39–44.
12. Zamponi C., Wuttig M., Quandt E. Ni – Ti – Ag shape memory thin films. Script. Mater. 2007. Vol. 56. pp. 1075–7.
13. Oh K. T., Joo U. H., Park G. H., Hwang C. J. et al. Effect of silver addition on the properties of nickel-titanium alloys for dental application. J. Biomed. Mater. Res. Part B: Appl. Biomater. 2006. Vol. 76. pp. 306–314.
14. Li S., Kim Y. W., Nam T. H. Transformation behavior and superelastic properties of Ti – Ni – Ag scaffolds prepared by sintering of alloy fibers. Scr. Mater. 2018. Vol. 153. pp. 23–26.
15. Momeni S., Tillmann W. Influence of Ag on antibacterial performance, microstructure and phase transformation of NiTi shape memory alloy coatings. Vacuum. 2019. Vol. 164. pp. 242–245.
16. Da Silva G., Alvares O. Designing NiTiAg shape memory alloys by vacuum arc remelting: first practical insights on melting and casting. Shape Mem. Superelasticity. 2018. Vol. 4. pp. 402–410.
17. Marchenko E. S., Baigonakova G., Gyunter V. E. The effect of silver doping on the structure and shape memory effect in biocompatible TiNi alloys. Tech. Phys. Lett. 2018. Vol. 44. pp. 749–752.
18. Li S., Kim E. S., Kim Y. W., Nam T. H. Microstructures and marten sitic transformation behavior of superelastic Ti – Ni – Ag scaffolds. Mater. Res. Bull. 2016. Vol. 82. pp. 39–44.
19. Jang J.-Y., Chun S.-J., Kim N.-S., Cho J.-W. et al. Martensitic transformation behavior in Ti – Ni – X (Ag, In, Sn, Sb, Te, Tl, Pb, Bi) ternary alloys. Mater. Res. Bull. 2013. Vol. 48. pp. 5064–5069.
20. Yi X., Pang G., Sun B., Meng X. et al. The microstructure and martensitic transformation behaviors in Ti – Ni – Hf – X (Ag, Sn) high temperature shape memory alloys. J. Alloy. Compd. 2018. Vol. 756. pp. 19–25.
21. Wever D. J., Veldhuizen A. G., de Vries J., Busscher H. J. et al. Electrochemical and surface characterization of a nickel–titanium alloy. Biomaterials. 1998. Vol. 19. pp. 761–769.
22. Plant S. D., Grant D. M., Leach L. Behaviour of human endothelial cells on surface modified NiTi alloy. Biomaterials. 2005. Vol. 26. pp. 5359–67.
23. Mockers O., Deroze D., Camps J. Cytotoxicity of orthodontic bands, brackets and archwires in vitro. Dent. Mater. 2002. Vol. 18. pp. 311–7.
24. Ryhnen J., Kallioinen M., Tuukkanen J., Junila J. et al. In vivo biocompatibility evaluation of nickel–titanium shape memory metal alloy: muscle and perineural tissue responses and encapsule membrane thickness. J. Biomed. Mater. Res. 1998. Vol. 41. pp. 481–488.
25. Luo P., Wang S. N., Zhao T. T. Surface characteristics, corrosion behavior, and antibacterial property of Ag-implanted NiTi alloy. Rare Met. 2013. Vol. 32. pp. 113–121.
26. Borisov S. A., Gordienko I. I., Tsap N. A., Baigonakova G. A. et al. Antibacterial activity and biocompatibility of titanium nickelide augments with the addition of silver nanoparticles for bone grafting: an experimental study. Russian Journal of Pediatric Surgery, Anesthesia and Intensive Care. 2024. Vol. 14. pp. 21–31.
27. Marchenko E., Baigonakova G., Larikov V., Monogenov A. Influence of silver nanoparticles on the structure and mechanical properties of porous titanium nickelide alloys. Non-ferrous Metals. 2022. Vol. 2. pp. 78–84.
28. Yue Q., Zhenli H., Yuehui H., Qian Z. et al. Preparation of porous TiNi intermetallic compound and the corrosion behavior in NaCl solution. Intermetallics. 2023. Vol. 161. 107987.
29. Stern M., Geary A. L. Electrochemical polarization: a theoretical analysis of the shape of polarization curves. Journal of the electrochemical society. 1957. Vol. 104. pp. 56–63.
30. Marchenko E., Baigonakova G., Larikov V., Monogenov A., Yasenchuk Y. Structure and mechanical properties of porous TiNi alloys with Ag nanoparticles. Coatings. 2023. Vol. 13. 24.