Пластина из сплава NiTi с эффектом памяти

Успешное медицинское применение NiTi-сплавов зависит от жесткого контроля всего производственного процесса, поскольку дефекты могут перенестись на конечный продукт. В этом отношении существует несколько стандартов, в том числе ASTM F2063, который не только ограничивает содержание кислорода и азота в никель-титановых сплавах медицинского назначения до 500 частей на миллион (ppm), но также и никель, используемый в производстве медицинских изделий. класс оборудования. Максимальный размер включений в расплавах титановых сплавов ограничен 39 мкм. В этом разделе будут рассмотрены различные этапы и методы производства нитинола, подчеркнута их важность, преимущества и недостатки, а также их пригодность для переработки нитинола медицинского назначения.

01. Процесс литья/плавки
Из-за высокого содержания титана расплавленный нитинол обладает высокой реакционной способностью и должен обрабатываться в вакууме. Процессы литья являются наиболее распространенными для производства сплавов NiTi и включают вакуумную индукционную плавку (ВИМ), вакуумно-дуговой переплав (ВДП), электронно-лучевую плавку и плазменно-дуговую плавку (ПАМ). Среди этих четырех методов никель-титановые сплавы в основном производятся сначала с помощью многократного ВДП или ВИМ, а затем ВДП. В этом разделе кратко обсуждаются эти методы, а в таблице 1 показаны их преимущества и ограничения. Кроме того, как показано в таблице 2, поскольку это обзор сплавов NiTi для медицинского применения, анализ пригодности также был выполнен на основе чувствительности к углероду и кислороду, однородности и химического состава, поскольку эти факторы могут повлиять на качество сплава. и, следовательно, его производительность.

Таблица 1. Преимущества и ограничения методов производства нитинола литьем/плавлением.

Таблица 2. Сравнение методов по пригодности обработки NiTi сплавов медицинского назначения.

01.1. Вакуумная индукционная плавка (ВИМ)
ВИМ состоит из тигля с расплавленным графитом, заключенного в стальной корпус и соединенного с вакуумом. При введении вихревых токов в графитовый тигель и металлические шихты возникают электродинамические силы, способствующие перемешиванию и перемешиванию расплава. VIM — наиболее широко используемый процесс промышленного производства NiTi сплавов. По сравнению с другими процессами вакуумной плавки он обеспечивает большую гибкость и лучший контроль однородности и состава сплава за счет независимого контроля времени, давления, температуры и массопереноса посредством перемешивания расплава. Однако, поскольку используются графитовые тигли, они чувствительны к загрязнению углеродом. Типичный уровень примесей углерода составляет от 300 до 700 частей на миллион, хотя при тщательном контроле возможны слитки с уровнем углерода от 200 до 500 частей на миллион.

01.2. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП)
При вакуумно-дуговом переплаве плавящиеся или неплавящиеся электроды переплавляются непрерывно с помощью дуги в вакуумной среде. При ВДП-плавке получаются сплавы чрезвычайно высокой чистоты, поэтому их можно использовать для улучшения чистоты и структуры слитков ВИМ. Однако весь слиток не расплавляется одновременно, и для достижения желаемой однородности может потребоваться несколько плавок.

01.3. Плазменная дуговая плавка (PAM)
В процессе плазменно-дуговой плавки исходный металл помещается в медный кристаллизатор с водяным охлаждением, а затем по спирали подается под аргоновую плазменную горелку. Этот метод исключает загрязнения, вызванные использованием тиглей вакуумной индукционной печи. Таким образом, никель-титановый сплав производства компании ПАМ имеет более высокую чистоту и лучшую коррозионную стойкость, чем никель-титановый сплав производства компании ВИМ. Он также имеет гораздо более мелкие включения, как показано на рисунке 3. Однако он имеет меньшую однородность и требует нескольких горелок PAM для достижения однородности, аналогичной VIM.

Рис. 3. СЭМ-изображения PAM (а) и VIM (б) горячекатаных и полностью отожженных стержней Ni50.8Ti49.2. Стрелка указывает на типичное включение гр4.

01.4. Электронно-лучевая плавка
В этом методе круглый слиток, приготовленный в вакуумной индукционной печи, плавится электронным нагревом при гораздо более высоком вакууме (10^(-2) Па), чем ВИМ (10 Па). В сочетании с отсутствием тигля исключается риск дальнейшего загрязнения углеродом и качество расплава зависит от качества слитка. EBM отличается высокой чистотой и содержанием кислорода всего 70 частей на миллион (в 4-10 раза ниже, чем VIM).

01.5. Краткое описание процесса плавления
В процессе плавки необходимо проявлять особую осторожность, чтобы свести к минимуму такие факторы, как включения и высокое содержание углерода/кислорода, которые могут отрицательно повлиять на сплав. Например, исследования показали, что наличие включений не только негативно влияет на конечный продукт, но также может повлиять на процесс механической обработки. Например, исследования показали, что включения могут привести к сокращению срока службы инструмента при точении никель-титановых сплавов по сравнению со сплавами без включений. Хорошо известно, что неметаллические включения, такие как карбиды (TiC) и интерметаллические оксиды (Ti4Ni2Ox), могут вызывать усталостные разрушения при попадании в медицинские изделия из сплавов NiTi в процессе плавки. Включения также влияют на восприимчивость электрополированных NiTi сплавов к питтинговой коррозии, при этом размер включений оказывает большее влияние, чем количество включений.

02.Процесс порошковой металлургии (ПМ)
Процессы порошковой металлургии включают традиционные металлургические процессы и процессы аддитивного производства (АП). Традиционные процессы порошковой металлургии включают обычное спекание (CS), горячее изостатическое прессование (HIS), искровое плазменное спекание (SPS), литье металлов под давлением (MIM) и самораспространяющийся высокотемпературный синтез (SHS). С другой стороны, процессы ПМ в аддитивном производстве включают селективное лазерное плавление (SLM), лазерное формование сетки (LENS), электронно-лучевое плавление (EBM) и селективное лазерное спекание (SLS). Преимущества и ограничения этих процессов показаны в таблице 4.

Таблица 4. Преимущества и ограничения методов изготовления никель-титановых сплавов порошковой металлургии.

Хотя процесс литья более популярен для изготовления никель-титановых сплавов, особенно для медицинских целей, порошковая металлургия доказала, что у него есть потенциал конкурировать с литьем или даже превзойти его в некоторых областях, в том числе там, где не происходит сегрегации. Более высокие составы сплавов получаются при более низких температурах, что приводит к изотропным физико-механическим свойствам. Фактически, быстрое затвердевание (РС), связанное с порошковой металлургией, иногда улучшает физико-механические свойства. Это очень важно, поскольку имеет эффект домино. Например, однородная и мелкая микроструктура улучшает свойства механической обработки, а пластичность, обеспечиваемая порошковой металлургией, улучшает свойства холодной и горячей обработки, такой как прокатка, экструзия и ковка. Вообще говоря, улучшение свойств материала повлияет на срок годности продукта. Чтобы улучшить однородность сплава, спекание порошка сплава более популярно, чем спекание необработанного металлического порошка. Порошковая металлургия также может использоваться для контроля температуры фазового перехода.

В коммерческих целях ПМ используется для производства пористых сплавов NiTi. В этом отношении различные методы, такие как HIP, MIM и SHS, отвечают основным требованиям для пористых NiTi имплантатов. Эти требования включают: открытую и взаимосвязанную пористость от 30% до 80%, размер пор от 100 до 600 мкм, высокую прочность (не менее 100 МПа при деформации 2%), низкий модуль Юнга (модуль Юнга близок к модулю губчатой ​​кости (<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Однако существуют некоторые проблемы, которые препятствуют полному использованию материалов порошковой металлургии из никель-титановых сплавов медицинского назначения. Во-первых, контроль содержания кислорода является серьезной проблемой, поскольку типичные никель-титановые детали порошковой металлургии имеют содержание кислорода до 3000 частей на миллион. Хотя при осторожном обращении его можно снизить до 1500 ppm, влияние такого уровня кислорода на пластичность и усталость по-прежнему вызывает беспокойство. Кроме того, из-за большой площади открытой поверхности, создаваемой высокой пористостью, выщелачивание никеля представляет собой серьезную проблему из-за его способности вызывать вредные эффекты, такие как клеточная аллергия, генотоксичность и цитотоксичность. Кроме того, поры не только снижают коррозионную стойкость NiTi, но и влияют на выделение никеля, которое в необработанном пористом NiTi, изготовленном методом СВС, на два порядка выше, чем в твердом NiTi.

Кроме того, из спеченных сплавов образуются сплавы с более высоким содержанием хрупких оксидов (Ti4Ni2Ox:0 < x Меньше или равно 1). И последнее, но не менее важное: процесс уплотнения порошка сплава Ni-Ti сложен, в основном из-за разницы в диффузии между никелем и титаном, а также из-за сильно экзотермической реакции образования никель-титанового сплава и жидкого эвтектического капиллярного эффекта Ni3Ti, Ti2Ni, вызванного присутствием.

Успешное медицинское применение NiTi-сплавов зависит от жесткого контроля всего производственного процесса, поскольку дефекты могут перенестись на конечный продукт. В этом отношении существует несколько стандартов, в том числе ASTM F2063, который не только ограничивает содержание кислорода и азота в никель-титановых сплавах медицинского назначения до 500 частей на миллион (ppm), но также и никель, используемый в производстве медицинских изделий. класс оборудования. Максимальный размер включений в расплавах титановых сплавов ограничен 39 мкм. В этом разделе будут рассмотрены различные этапы и методы производства нитинола, подчеркнута их важность, преимущества и недостатки, а также их пригодность для переработки нитинола медицинского назначения.

горячая этикетка : пластина из сплава нити с эффектом памяти, Китай производители пластин из сплава с памятью нити, поставщики, завод, уплотнения топливных элементов, устойчивый, Металлические изделия, вольфрамовый карбид, Гриб-устойчивый анод драгоценного металла, Продукты для рисования вольфрамового бара