NiTi minneslegeringsplatta

Framgångsrika medicinska tillämpningar av NiTi-legeringar är beroende av noggrann kontroll av hela tillverkningsprocessen, eftersom defekter kan överföras till slutprodukten. Det finns flera standarder på plats i detta avseende, inklusive ASTM F2063, som inte bara begränsar syre- och kvävehalten i medicinska nickel-titanlegeringar till 500 miljondelar (ppm), utan också nickel som används vid tillverkning av medicinska- klass utrustning. Den maximala storleken på inneslutningar i titanlegeringssmältor är begränsad till 39 μm. Det här avsnittet kommer att titta på de olika tillverkningsstegen och metoderna för Nitinol, belysa deras betydelse, deras fördelar och nackdelar och deras lämplighet för bearbetning av medicinsk kvalitet Nitinol.

01.Gjutning/smältningsprocess
På grund av sin höga titanhalt är smält nitinol mycket reaktivt och måste bearbetas i vakuum. Gjutprocesser är de vanligaste för tillverkning av NiTi-legeringar och inkluderar vakuuminduktionssmältning (VIM), vakuumbågomsmältning (VAR), elektronstrålesmältning och plasmabågsmältning (PAM). Bland dessa fyra metoder tillverkas nickel-titan-legeringar huvudsakligen av flera VAR eller VIM först och sedan VAR. Det här avsnittet diskuterar kortfattat dessa metoder, medan tabell 1 belyser deras fördelar och begränsningar. Dessutom, som visas i tabell 2, eftersom detta är en genomgång av NiTi-legeringar för medicinska tillämpningar, utfördes även lämplighetsanalys baserat på känslighet för kol och syre, enhetlighet och kemisk sammansättning, eftersom dessa faktorer skulle påverka legeringens kvalitet och därmed dess prestanda.

Tabell 1. Fördelar och begränsningar med tillverkningsmetoder för gjutning/smältning av Nitinol.

Tabell 2. Jämförelse av metoder baserade på lämplighet för bearbetning av NiTi-legeringar för medicinska tillämpningar.

01.1. Vakuuminduktionssmältning (VIM)
VIM består av en smält grafitdegel inrymd i ett stålskal och ansluten till ett vakuum. När virvelströmmar införs i grafitdegeln och metallladdningar alstras elektrodynamiska krafter som hjälper till vid omrörning och blandning av smältan. VIM är den mest använda processen för kommersiell produktion av NiTi-legeringar. Jämfört med andra vakuumsmältningsprocesser ger det större flexibilitet och bättre kontroll av enhetlighet och legeringssammansättning genom oberoende kontroll av tid, tryck, temperatur och massöverföring genom smältomrörning. Men eftersom grafitdeglar används är de mottagliga för kolkontamination. Typiska kolföroreningsnivåer är mellan 300 och 700 ppm, men med noggrann kontroll är göt med kolhalter mellan 200 och 500 ppm möjliga.

01.2. Vakuumbågomsmältning (VAR)
Vid omsmältning med vakuumbåge omsmälts förbrukningsbara eller icke förbrukningsbara elektroder kontinuerligt med hjälp av en ljusbåge i en vakuummiljö. VAR-smältning producerar legeringar med extremt hög renhet och kan därför användas för att förbättra renheten och strukturen hos VIM-göt. Emellertid smälts inte hela götet samtidigt och flera smältor kan krävas för att uppnå den önskade likformigheten.

01.3. Plasma Arc Melting (PAM)
I plasmabågsmältningsprocessen placeras den ingående elementära metallen i en kopparvattenkyld kristallisator och transporteras sedan med en spiral under argonplasmabrännaren. Denna metod eliminerar kontaminering orsakad av användningen av vakuuminduktionsugnsdeglar. Därför har nickel-titan-legeringen som produceras av PAM Company högre renhet och bättre korrosionsbeständighet än nickel-titan-legeringen som produceras av VIM Company. Den har också mycket mindre inneslutningar, som visas i figur 3. Den har dock lägre enhetlighet och kräver flera PAM-brännare för att uppnå liknande enhetlighet som VIM.

Figur 3. PAM (a) och VIM (b) SEM-bilder av varmvalsade och helt glödgade Ni50.8Ti49.2-stavar. Pilen pekar på typisk inkludering gr4.

01.4. Elektronstrålesmältning
I denna metod smälts ett runt göt som framställts i en vakuuminduktionsugn genom elektronisk uppvärmning med ett mycket högre vakuum (10^(-2) Pa) än VIM (10 Pa). Tillsammans med frånvaron av en degel elimineras risken för ytterligare kolkontamination och smältkvaliteten beror på göts kvalitet. EBM är mycket rent med så låg syrehalt som 70 ppm (4-10 gånger lägre än VIM).

01.5. Sammanfattning av smältprocessen
Under smältningsprocessen måste stor noggrannhet iakttas för att säkerställa att faktorer som inneslutningar och hög kol/syrehalt som kan påverka legeringen negativt minimeras. Till exempel har studier visat att förekomsten av inneslutningar inte bara negativt påverkar slutprodukten utan också kan påverka bearbetningsprocessen. Studier har till exempel visat att inneslutningar kan leda till kortare livslängd vid svarvning av NiTi-legeringar jämfört med inneslutningsfria legeringar. Det är välkänt att icke-metalliska inneslutningar som karbider (TiC) och intermetalliska oxider (Ti4Ni2Ox) kan orsaka utmattningsfel när de kommer in i medicinska NiTi-legeringar under smältningsprocessen. Inneslutningar påverkar också känsligheten hos elektropolerade NiTi-legeringar för gropkorrosion, där storleken på inneslutningarna har en större inverkan än antalet inneslutningar.

02.Pulvermetallurgisk process (PM)
Pulvermetallurgiska processer inkluderar traditionella metallurgiska processer och additiv tillverkningsprocesser (AM). Traditionella pulvermetallurgiska processer inkluderar konventionell sintring (CS), varm isostatisk pressning (HIS), gnistplasmasintring (SPS), metallformsprutning (MIM) och självförökande högtemperatursyntes (SHS). Å andra sidan inkluderar additiv tillverkning av PM-processer selektiv lasersmältning (SLM), laserkonstruerad nätformning (LENS), elektronstrålesmältning (EBM) och selektiv lasersintring (SLS). Fördelarna och begränsningarna med dessa processer visas i Tabell 4.

Tabell 4. Fördelar och begränsningar med pulvermetallurgi NiTi-legeringstillverkningsmetoder.

Även om gjutningsprocessen är mer populär för tillverkning av nickel-titaniumlegeringar, särskilt för medicinska tillämpningar, har pulvermetallurgi visat att den har potential att konkurrera med eller till och med överträffa gjutning i vissa områden, inklusive där segregation inte förekommer. Högre legeringskompositioner erhålls vid lägre temperaturer, vilket resulterar i isotropiska fysikaliska och mekaniska egenskaper. Faktum är att den snabba stelningen (RS) som är förknippad med pulvermetallurgi ibland förbättrar fysiska och mekaniska egenskaper. Detta är mycket viktigt eftersom det har en genomslagseffekt. Till exempel förbättrar en enhetlig och fin mikrostruktur bearbetningsegenskaperna, medan duktiliteten som tillhandahålls av pulvermetallurgin förbättrar kall- och varmbearbetningsegenskaper såsom valsning, extrudering och smide. Generellt sett kommer förbättringar i materialegenskaper att påverka produktens hållbarhet. För att förbättra legeringens enhetlighet är sintring av legeringspulver mer populärt än sintring av råmetallpulver. Pulvermetallurgi kan också användas för att kontrollera fasövergångstemperaturer.

Kommersiellt har PM använts för att producera porösa NiTi-legeringar. I detta avseende uppfyller olika metoder som HIP, MIM och SHS huvudförutsättningarna för porösa NiTi-implantat. Dessa krav inkluderar: öppen och sammankopplad porositet mellan 30 % och 80 %, porstorlek mellan 100 μm och 600 μm, hög hållfasthet (minst 100 MPa vid 2 % töjning), låg Youngs modul (Youngs modul nära den för spongiöst ben)<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Det finns dock några problem som hindrar det fulla utnyttjandet av nickel-titanlegeringspulvermetallurgiska material av medicinsk kvalitet. För det första är syrekontroll en allvarlig utmaning, eftersom typiska pulvermetallurgiska NiTi-delar har syrenivåer så höga som 3000 ppm. Även om den kan reduceras till 1500 ppm med försiktig hantering, är effekten av denna syrenivå på duktilitet och trötthet fortfarande ett problem. Dessutom, på grund av den stora exponerade ytan som skapas av hög porositet, är nickelläckage ett allvarligt problem på grund av dess förmåga att orsaka skadliga effekter såsom cellallergi, genotoxicitet och cytotoxicitet. Dessutom minskar porerna inte bara korrosionsbeständigheten hos NiTi, utan påverkar också nickelfrisättningen, som är två storleksordningar högre i obehandlat poröst NiTi tillverkat med SHS än i fast NiTi.

Dessutom producerar sintrade legeringar legeringar med en högre halt av spröd oxid (Ti4Ni2Ox:0 < x Mindre än eller lika med 1). Sist men inte minst är förtätningsprocessen för Ni-Ti-legeringspulver svår, främst på grund av diffusivitetsskillnaden mellan nickel och titan och den mycket exoterma nickel-titan-legeringsbildande reaktionen och Ni3Ti, Ti2Ni flytande eutektisk kapilläreffekt orsakad av närvaro.

Framgångsrika medicinska tillämpningar av NiTi-legeringar är beroende av noggrann kontroll av hela tillverkningsprocessen, eftersom defekter kan överföras till slutprodukten. Det finns flera standarder på plats i detta avseende, inklusive ASTM F2063, som inte bara begränsar syre- och kvävehalten i medicinska nickel-titanlegeringar till 500 miljondelar (ppm), utan också nickel som används vid tillverkning av medicinska- klass utrustning. Den maximala storleken på inneslutningar i titanlegeringssmältor är begränsad till 39 μm. Det här avsnittet kommer att titta på de olika tillverkningsstegen och metoderna för Nitinol, belysa deras betydelse, deras fördelar och nackdelar och deras lämplighet för bearbetning av medicinsk kvalitet Nitinol.

Populära Taggar: niti minneslegeringsplåt, Kina niti minneslegeringsplåt tillverkare, leverantörer, fabrik, titandlödprodukter, titanfraktprodukter, elektrolyscellkablar, Högentropi legering i elektronik, anod för nybyggare, Testa metallprodukter