NiTi mälusulamist plaat

NiTi sulamite edukad meditsiinilised rakendused sõltuvad kogu tootmisprotsessi rangest kontrollist, kuna defektid võivad kanduda üle lõpptootele. Sellega seoses kehtivad mitmed standardid, sealhulgas ASTM F2063, mis mitte ainult ei piira meditsiiniliste nikli-titaani sulamite hapniku- ja lämmastikusisaldust 500 miljondikosani (ppm), vaid ka meditsiiniliste seadmete tootmisel kasutatava nikli sisaldust. klassi varustus. Titaanisulamite sulamites olevate lisandite maksimaalne suurus on piiratud 39 μm-ga. Selles jaotises käsitletakse erinevaid nitinooli valmistamise etappe ja meetodeid, rõhutades nende tähtsust, eeliseid ja puudusi ning nende sobivust meditsiinilise nitinooli töötlemiseks.

01.Valamis-/sulatusprotsess
Suure titaanisisalduse tõttu on sula nitinool väga reaktsioonivõimeline ja seda tuleb töödelda vaakumis. Valuprotsessid on NiTi sulamite valmistamisel kõige levinumad ja hõlmavad vaakumi induktsioonsulatamist (VIM), vaakumkaare ümbersulatamist (VAR), elektronkiirega sulatamist ja plasmakaare sulatamist (PAM). Nende nelja meetodi hulgas valmistatakse nikli-titaani sulameid peamiselt mitme VAR-i või VIM-i ja seejärel VAR-iga. Selles jaotises käsitletakse neid meetodeid lühidalt, samas kui tabelis 1 tuuakse välja nende eelised ja piirangud. Lisaks, nagu on näidatud tabelis 2, kuna see on meditsiiniliste rakenduste jaoks mõeldud NiTi sulamite ülevaade, tehti sobivuse analüüs ka süsiniku ja hapniku tundlikkuse, ühtluse ja keemilise koostise põhjal, kuna need tegurid võivad mõjutada sulami kvaliteeti. ja seega selle jõudlust.

Tabel 1. Nitinooli valamise/sulatamise tootmismeetodite eelised ja piirangud.

Tabel2. Meetodite võrdlus NiTi sulamite töötlemise sobivuse põhjal meditsiinilistes rakendustes.

01.1. Vaakum-induktsioonsulatus (VIM)
VIM koosneb sulatatud grafiiditiiglist, mis on paigutatud teraskesta sisse ja ühendatud vaakumiga. Kui grafiittiiglisse ja metallilaengutesse sisestatakse pöörisvoolud, tekivad elektrodünaamilised jõud, mis aitavad sulandit segada ja segada. VIM on NiTi sulamite kaubanduslikuks tootmiseks kõige laialdasemalt kasutatav protsess. Võrreldes teiste vaakumsulatusprotsessidega, tagab see suurema paindlikkuse ja parema kontrolli ühtluse ja sulami koostise üle aja, rõhu, temperatuuri ja massiülekande sõltumatu juhtimise kaudu sulami segamise kaudu. Kuna aga kasutatakse grafiittiigleid, on need vastuvõtlikud süsiniku saastumisele. Tüüpilised süsiniku lisandite tasemed on vahemikus 300–700 ppm, kuigi hoolika kontrolli korral on võimalikud valuplokid, mille süsinikusisaldus on vahemikus 200–500 ppm.

01.2. Vaakumkaare ümbersulatamine (VAR)
Vaakumkaare ümbersulatamisel sulatatakse kulukaid või mittetarbitavaid elektroode pidevalt ümber vaakumkeskkonnas kaare abil. VAR-i sulatamisel saadakse ülikõrge puhtusastmega sulamid ja seetõttu saab seda kasutada VIM-i valuplokkide puhtuse ja struktuuri parandamiseks. Kuid kogu valuplokk ei sulata üheaegselt ja soovitud ühtluse saavutamiseks võib vaja minna mitut sulatamist.

01.3. Plasma kaare sulamine (PAM)
Plasmakaare sulatusprotsessis asetatakse sisendelement metall vasest vesijahutusega kristallisaatorisse ja edastatakse seejärel spiraali abil argooni plasmapõleti all. See meetod kõrvaldab saastumise, mis on põhjustatud vaakum-induktsioonahju tiiglite kasutamisest. Seetõttu on PAM Company toodetud nikli-titaani sulamil kõrgem puhtusaste ja parem korrosioonikindlus kui VIM Company toodetud nikli-titaani sulamil. Sellel on ka palju väiksemad kandmised, nagu on näidatud joonisel 3. Sellel on aga madalam ühtlus ja VIM-iga sarnase ühtluse saavutamiseks on vaja mitut PAM-põletit.

Joonis 3. Kuumvaltsitud ja täielikult lõõmutatud Ni50.8Ti49.2 varraste PAM (a) ja VIM (b) SEM kujutised. Nool osutab tüüpilisele kaasamisele gr4.

01.4. Elektronkiire sulamine
Selle meetodi puhul sulatatakse vaakum-induktsioonahjus valmistatud ümmargune valuplokk elektroonilisel kuumutamisel palju suurema vaakumiga (10^(-2) Pa) kui VIM (10 Pa). Koos tiigli puudumisega on süsiniku edasise saastumise oht välistatud ja sulandi kvaliteet sõltub valuploki kvaliteedist. EBM on väga puhas, hapnikusisaldus on vaid 70 ppm (4-10 korda madalam kui VIM).

01.5. Sulamisprotsessi kokkuvõte
Sulamisprotsessi ajal tuleb väga hoolikalt jälgida, et sellised tegurid nagu lisandid ja kõrge süsiniku/hapniku sisaldus, mis võivad sulamit negatiivselt mõjutada, oleksid viidud miinimumini. Näiteks on uuringud leidnud, et lisandite olemasolu mitte ainult ei mõjuta negatiivselt lõpptoodet, vaid võib mõjutada ka töötlemisprotsessi. Näiteks on uuringud näidanud, et lisandid võivad NiTi sulamite treimisel kaasa tuua lühema tööriista eluea võrreldes lisanditeta sulamitega. On hästi teada, et mittemetallilised lisandid, nagu karbiidid (TiC) ja metallidevahelised oksiidid (Ti4Ni2Ox), võivad sulamisprotsessi ajal NiTi sulamist meditsiiniseadmetesse sisenemisel põhjustada väsimushäireid. Kaasamised mõjutavad ka elektropoleeritud NiTi sulamite vastuvõtlikkust punktkorrosioonile, kusjuures lisandite suurusel on suurem mõju kui lisandite arvul.

02.Pulbermetallurgia protsess (PM)
Pulbermetallurgia protsessid hõlmavad traditsioonilisi metallurgiaprotsesse ja lisandite valmistamise protsesse (AM). Traditsioonilised pulbermetallurgia protsessid hõlmavad tavalist paagutamist (CS), kuumisostaatilist pressimist (HIS), sädeplasma paagutamist (SPS), metalli survevalu (MIM) ja isepaljuvat kõrgtemperatuurset sünteesi (SHS). Teisest küljest hõlmavad lisandite tootmise PM protsessid selektiivset lasersulatamist (SLM), lasertehnoloogiaga võrgu vormimist (LENS), elektronkiirega sulatamist (EBM) ja selektiivset laserpaagutamist (SLS). Nende protsesside eelised ja piirangud on toodud tabelis 4.

Tabel 4. Pulbermetallurgia eelised ja piirangud NiTi sulami tootmismeetodid.

Kuigi valuprotsess on populaarsem nikli-titaani sulamite valmistamisel, eriti meditsiinilistes rakendustes, on pulbermetallurgia tõestanud, et see võib mõnes piirkonnas konkureerida või isegi ületada valamise, sealhulgas seal, kus segregatsiooni ei esine. Kõrgemad sulamikompositsioonid saadakse madalamatel temperatuuridel, mille tulemuseks on isotroopsed füüsikalised ja mehaanilised omadused. Tegelikult parandab pulbermetallurgiaga seotud kiire tahkumine (RS) mõnikord füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi. See on väga oluline, kuna sellel on koputusefekt. Näiteks ühtlane ja peen mikrostruktuur parandab töötlusomadusi, samal ajal kui pulbermetallurgiast tulenev elastsus parandab külm- ja kuumtöötlemisomadusi, nagu valtsimine, ekstrusioon ja sepistamine. Üldiselt mõjutab materjali omaduste paranemine toote säilivusaega. Sulami ühtluse parandamiseks on sulamipulbri paagutamine populaarsem kui toormetalli pulbri paagutamine. Pulbermetallurgiat saab kasutada ka faasisiirde temperatuuride reguleerimiseks.

Kaubanduslikult on PM-i kasutatud poorsete NiTi-sulamite tootmiseks. Sellega seoses täidavad erinevad meetodid, nagu HIP, MIM ja SHS, poorsete NiTi implantaatide peamised eeldused. Need nõuded hõlmavad järgmist: avatud ja ühendatud poorsus vahemikus 30% kuni 80%, pooride suurus vahemikus 100 μm kuni 600 μm, kõrge tugevus (vähemalt 100 MPa 2% pinge juures), madal Youngi moodul ( Youngi moodul on lähedane käsnluu omale (<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Siiski on mõned probleemid, mis takistavad meditsiinilise nikli-titaani sulami pulbermetallurgia materjalide täielikku kasutamist. Esiteks on hapniku kontroll tõsine väljakutse, kuna tüüpiliste pulbermetallurgia NiTi osade hapnikusisaldus on kuni 3000 ppm. Kuigi seda saab hoolika käsitsemisega vähendada 1500 ppm-ni, on selle hapnikutaseme mõju elastsusele ja väsimusele endiselt murettekitav. Lisaks on nikli leostumine suure poorsusest tingitud suure avatud pinna tõttu tõsine probleem, kuna see võib põhjustada kahjulikke mõjusid, nagu rakuallergia, genotoksilisus ja tsütotoksilisus. Lisaks ei vähenda poorid mitte ainult NiTi korrosioonikindlust, vaid mõjutavad ka nikli vabanemist, mis on SHS-iga valmistatud töötlemata poorse NiTi puhul kaks suurusjärku kõrgem kui tahkes NiTi-s.

Lisaks toodavad paagutatud sulamid suurema rabeda oksiidisisaldusega sulameid (Ti4Ni2Ox: 0 < x väiksem kui 1 või sellega võrdne). Viimaseks, kuid mitte vähem tähtsaks, on Ni-Ti sulami pulbri tihendamisprotsess keeruline, peamiselt nikli ja titaani difusiooni erinevuse ning ülimalt eksotermilise nikli-titaani sulami moodustumise reaktsiooni ja Ni3Ti, Ti2Ni vedela eutektilise kapillaarefekti tõttu.

NiTi sulamite edukad meditsiinilised rakendused sõltuvad kogu tootmisprotsessi rangest kontrollist, kuna defektid võivad kanduda üle lõpptootele. Sellega seoses kehtivad mitmed standardid, sealhulgas ASTM F2063, mis mitte ainult ei piira meditsiiniliste nikli-titaani sulamite hapniku- ja lämmastikusisaldust 500 miljondikosani (ppm), vaid ka meditsiiniliste seadmete tootmisel kasutatava nikli sisaldust. klassi varustus. Titaanisulamite sulamites olevate lisandite maksimaalne suurus on piiratud 39 μm-ga. Selles jaotises käsitletakse erinevaid nitinooli valmistamise etappe ja meetodeid, rõhutades nende tähtsust, eeliseid ja puudusi ning nende sobivust meditsiinilise nitinooli töötlemiseks.

Kuum tags: niti mälusulamist plaat, Hiina niti mälusulamist plaatide tootjad, tarnijad, tehas