NiTi atminties lydinio plokštė

Sėkmingas NiTi lydinių pritaikymas medicinoje priklauso nuo griežtos viso gamybos proceso kontrolės, nes defektai gali būti perkelti į galutinį produktą. Šiuo atžvilgiu yra taikomi keli standartai, įskaitant ASTM F2063, kuris ne tik riboja deguonies ir azoto kiekį medicininiuose nikelio ir titano lydiniuose iki 500 milijonų dalių (ppm), bet ir nikelį, naudojamą medicininių klasės įranga. Maksimalus inkliuzų dydis titano lydinio lydaluose yra 39 μm. Šiame skyriuje bus nagrinėjami skirtingi Nitinolio gamybos etapai ir metodai, pabrėžiama jų svarba, pranašumai ir trūkumai bei tinkamumas medicininio Nitinolio apdorojimui.

01. Liejimo/lydymo procesas
Dėl didelio titano kiekio išlydytas nitinolis yra labai reaktyvus ir turi būti apdorojamas vakuume. Liejimo procesai yra labiausiai paplitę gaminant NiTi lydinius ir apima vakuuminį indukcinį lydymą (VIM), vakuuminį lankinį perlydymą (VAR), lydymą elektronų pluoštu ir plazmos lanko lydymą (PAM). Iš šių keturių metodų nikelio ir titano lydiniai daugiausia gaminami naudojant kelis VAR arba VIM, o vėliau VAR. Šiame skyriuje trumpai aptariami šie metodai, o 1 lentelėje pabrėžiami jų pranašumai ir trūkumai. Be to, kaip parodyta 2 lentelėje, kadangi tai yra medicininiam naudojimui skirtų NiTi lydinių apžvalga, tinkamumo analizė taip pat buvo atlikta atsižvelgiant į jautrumą anglies ir deguonies poveikiui, vienodumą ir cheminę sudėtį, nes šie veiksniai turės įtakos lydinio kokybei. taigi ir jo veikimas.

1 lentelė. Nitinolio liejimo/lydymosi gamybos metodų privalumai ir apribojimai.

2 lentelė. Metodų, pagrįstų tinkamumu apdoroti NiTi lydinius medicinos reikmėms, palyginimas.

01.1. Vakuuminis indukcinis lydymas (VIM)
VIM sudaro išlydyto grafito tiglis, patalpintas plieniniame apvalkale ir prijungtas prie vakuumo. Kai į grafito tiglį ir metalo krūvius įvedamos sūkurinės srovės, susidaro elektrodinaminės jėgos, kurios padeda maišyti ir maišyti lydalą. VIM yra plačiausiai naudojamas komercinės NiTi lydinių gamybos procesas. Palyginti su kitais vakuuminio lydymosi procesais, jis suteikia didesnį lankstumą ir geresnę vienodumo bei lydinio sudėties kontrolę, nes nepriklausomai kontroliuoja laiką, slėgį, temperatūrą ir masės perdavimą maišant. Tačiau kadangi naudojami grafito tigliai, jie yra jautrūs anglies užteršimui. Įprasti anglies priemaišų lygiai yra nuo 300 iki 700 ppm, nors kruopščiai kontroliuojant, galimi luitai, kurių anglies lygis yra nuo 200 iki 500 ppm.

01.2. Vakuuminis lankinis perlydymas (VAR)
Atliekant vakuuminį lankinį perlydymą, sunaudojamieji arba nenaudojamieji elektrodai nuolat perlydomi naudojant lanką vakuuminėje aplinkoje. Lydant VAR gaunami itin didelio grynumo lydiniai, todėl juos galima naudoti siekiant pagerinti VIM luitų švarą ir struktūrą. Tačiau visas luitas nelydomas vienu metu ir norint pasiekti norimą vienodumą, gali prireikti kelių lydinių.

01.3. Plazmos lanko lydymas (PAM)
Plazmos lanko lydymosi procese įvesties elementinis metalas dedamas į vario vandeniu aušinamą kristalizatorių ir po argono plazmos degikliu perkeliamas spirale. Šis metodas pašalina užterštumą, kurį sukelia vakuuminių indukcinių krosnių tigliai. Todėl PAM Company gaminamas nikelio-titano lydinys yra švaresnis ir atsparesnis korozijai nei VIM Company pagamintas nikelio-titano lydinys. Jame taip pat yra daug mažesnių inkliuzų, kaip parodyta 3 paveiksle. Tačiau jo vienodumas yra mažesnis ir norint pasiekti panašų vienodumą kaip VIM, reikia kelių PAM deglių.

3 pav. Karštai valcuotų ir visiškai atkaitintų Ni50.8Ti49.2 strypų PAM (a) ir VIM (b) SEM vaizdai. Rodyklė rodo tipišką įtraukimą gr4.

01.4. Elektronų pluošto tirpimas
Taikant šį metodą, vakuuminėje indukcinėje krosnyje paruoštas apvalus luitas išlydomas elektroniniu kaitinimu daug didesniu vakuumu (10^(-2) Pa) nei VIM (10 Pa). Kartu su tiglio nebuvimu pašalinama tolesnio anglies užteršimo rizika, o lydalo kokybė priklauso nuo luito kokybės. EBM yra labai grynas, o deguonies kiekis tik 70 ppm (4-10 kartų mažesnis nei VIM).

01.5. Lydymosi proceso santrauka
Lydymosi proceso metu reikia pasirūpinti, kad būtų kuo mažiau tokių veiksnių kaip intarpai ir didelis anglies/deguonies kiekis, galintis neigiamai paveikti lydinį. Pavyzdžiui, tyrimais nustatyta, kad inkliuzų buvimas ne tik neigiamai veikia galutinį produktą, bet ir gali turėti įtakos apdirbimo procesui. Pavyzdžiui, tyrimai parodė, kad sukant NiTi lydinius dėl inkliuzų gali sutrumpėti įrankio tarnavimo laikas, palyginti su lydiniais be intarpų. Gerai žinoma, kad nemetaliniai intarpai, tokie kaip karbidai (TiC) ir intermetaliniai oksidai (Ti4Ni2Ox), gali sukelti nuovargio gedimus, kai lydymosi proceso metu patenka į NiTi lydinio medicinos prietaisus. Inkliuzai taip pat turi įtakos elektropoliruotų NiTi lydinių jautrumui taškinei korozijai, nes inkliuzų dydis turi didesnį poveikį nei inkliuzų skaičius.

02.Miltelinės metalurgijos procesas (PM)
Miltelinės metalurgijos procesai apima tradicinius metalurgijos procesus ir priedų gamybos (AM) procesus. Tradiciniai miltelių metalurgijos procesai apima įprastą sukepinimą (CS), karštąjį izostatinį presavimą (HIS), kibirkštinį plazminį sukepinimą (SPS), metalo liejimą įpurškimu (MIM) ir savaime sklindančią aukštos temperatūros sintezę (SHS). Kita vertus, priedų gamybos PM procesai apima selektyvų lazerinį lydymą (SLM), lazeriu sukurtą tinklo formavimą (LENS), elektronų pluošto lydymą (EBM) ir selektyvų lazerinį sukepinimą (SLS). Šių procesų pranašumai ir trūkumai pateikti 4 lentelėje.

4 lentelė. Miltelių metalurgijos NiTi lydinio gamybos metodų privalumai ir apribojimai.

Nors liejimo procesas yra populiaresnis gaminant nikelio ir titano lydinius, ypač medicinos reikmėms, miltelių metalurgija įrodė, kad kai kuriose srityse gali konkuruoti ar net pranokti liejimą, įskaitant ten, kur nevyksta segregacija. Aukštesnės lydinio kompozicijos gaunamos žemesnėje temperatūroje, todėl atsiranda izotropinės fizinės ir mechaninės savybės. Tiesą sakant, greitas kietėjimas (RS), susijęs su miltelių metalurgija, kartais pagerina fizines ir mechanines savybes. Tai labai svarbu, nes turi stulbinantį poveikį. Pavyzdžiui, vienoda ir smulki mikrostruktūra pagerina apdirbimo savybes, o miltelinės metalurgijos suteikiamas lankstumas pagerina šalto ir karšto darbo savybes, tokias kaip valcavimas, ekstruzija ir kalimas. Apskritai, medžiagų savybių patobulinimai turės įtakos produkto galiojimo laikui. Siekiant pagerinti lydinio vienodumą, lydinio miltelinis sukepinimas yra populiaresnis nei neapdoroto metalo miltelinis sukepinimas. Miltelinė metalurgija taip pat gali būti naudojama fazių pereinamųjų temperatūrų kontrolei.

Komerciniu požiūriu PM buvo naudojamas akytiesiems NiTi lydiniams gaminti. Šiuo atžvilgiu skirtingi metodai, tokie kaip HIP, MIM ir SHS, atitinka pagrindines poringų NiTi implantų sąlygas. Šie reikalavimai apima: atvirą ir tarpusavyje sujungtą poringumą nuo 30 % iki 80 %, porų dydį nuo 100 μm iki 600 μm, didelį stiprumą (mažiausiai 100 MPa esant 2 % deformacijai), mažą Youngo modulį ( Youngo modulis artimas akytojo kaulo moduliui<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Tačiau yra keletas problemų, kurios trukdo visapusiškai panaudoti medicininio nikelio ir titano lydinio miltelių metalurgijos medžiagas. Pirma, deguonies kontrolė yra rimtas iššūkis, nes tipiškose miltelinės metalurgijos NiTi dalyse deguonies lygis siekia 3000 ppm. Nors jį galima sumažinti iki 1500 ppm atsargiai naudojant, šio deguonies lygio poveikis lankstumui ir nuovargiui vis dar kelia susirūpinimą. Be to, dėl didelio atviro paviršiaus ploto, kurį sukuria didelis poringumas, nikelio išplovimas yra rimta problema, nes jis gali sukelti žalingą poveikį, pavyzdžiui, alergiją ląstelėms, genotoksiškumą ir citotoksiškumą. Be to, poros ne tik sumažina NiTi atsparumą korozijai, bet ir veikia nikelio išsiskyrimą, kuris yra dviem eilėmis didesnis neapdorotame akytame NiTi, pagamintame iš SHS, nei kietajame NiTi.

Be to, iš sukepintų lydinių gaunami lydiniai, kuriuose yra didesnis trapių oksidų kiekis (Ti4Ni2Ox: 0 < x Mažiau arba lygus 1). Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra tai, kad Ni-Ti lydinio miltelių tankinimo procesas yra sunkus, daugiausia dėl difuzijos skirtumo tarp nikelio ir titano ir labai egzoterminės nikelio-titano lydinio formavimo reakcijos ir Ni3Ti, Ti2Ni skysto eutektinio kapiliarinio poveikio, kurį sukelia buvimas.

Sėkmingas NiTi lydinių pritaikymas medicinoje priklauso nuo griežtos viso gamybos proceso kontrolės, nes defektai gali būti perkelti į galutinį produktą. Šiuo atžvilgiu yra taikomi keli standartai, įskaitant ASTM F2063, kuris ne tik riboja deguonies ir azoto kiekį medicininiuose nikelio ir titano lydiniuose iki 500 milijonų dalių (ppm), bet ir nikelį, naudojamą medicininių klasės įranga. Maksimalus inkliuzų dydis titano lydinio lydaluose yra 39 μm. Šiame skyriuje bus nagrinėjami skirtingi Nitinolio gamybos etapai ir metodai, pabrėžiama jų svarba, pranašumai ir trūkumai bei tinkamumas medicininio Nitinolio apdorojimui.

Populiarus Žymos: niti atminties lydinio plokštė, Kinijos niti atminties lydinio plokščių gamintojai, tiekėjai, gamykla