NiTi ploča od memorijske legure

Uspješna medicinska primjena NiTi legura ovisi o strogoj kontroli cjelokupnog procesa proizvodnje, jer se nedostaci mogu prenijeti na konačni proizvod. U tom pogledu postoji nekoliko standarda, uključujući ASTM F2063, koji ne samo da ograničava sadržaj kisika i dušika u medicinskim legurama nikla i titana na 500 dijelova na milijun (ppm), već i nikal koji se koristi u proizvodnji medicinskih grade oprema. Maksimalna veličina inkluzija u talinama titanovih legura ograničena je na 39 μm. Ovaj odjeljak će pogledati različite korake i metode proizvodnje Nitinola, ističući njihovu važnost, njihove prednosti i nedostatke, te njihovu prikladnost za obradu Nitinola medicinske kvalitete.

01. Proces lijevanja/taljenja
Zbog visokog sadržaja titana, rastaljeni nitinol je vrlo reaktivan i mora se obrađivati ​​u vakuumu. Postupci lijevanja najčešći su za proizvodnju NiTi legura i uključuju vakuumsko indukcijsko taljenje (VIM), vakuumsko lučno taljenje (VAR), taljenje elektronskim snopom i plazma lučno taljenje (PAM). Među ove četiri metode, legure nikal-titan uglavnom se proizvode višestrukim VAR ili VIM prvo, a zatim VAR. Ovaj odjeljak ukratko govori o tim metodama, dok tablica 1 ističe njihove prednosti i ograničenja. Osim toga, kao što je prikazano u tablici 2, budući da je ovo pregled NiTi legura za medicinske primjene, analiza prikladnosti također je provedena na temelju osjetljivosti na ugljik i kisik, ujednačenosti i kemijskog sastava, jer bi ti čimbenici mogli utjecati na kvalitetu legure. a time i njegovu izvedbu.

Tablica 1. Prednosti i ograničenja proizvodnih metoda lijevanja/taljenja Nitinola.

Tablica2. Usporedba metoda temeljenih na prikladnosti za obradu NiTi legura za medicinske primjene.

01.1. Vakuumsko indukcijsko taljenje (VIM)
VIM se sastoji od lončića rastaljenog grafita smještenog unutar čelične ljuske i spojenog na vakuum. Kada se vrtložne struje uvedu u grafitni lončić i metalne naboje, generiraju se elektrodinamičke sile koje pomažu u miješanju taline. VIM je najčešće korišten proces za komercijalnu proizvodnju NiTi legura. U usporedbi s drugim postupcima vakuumskog taljenja, pruža veću fleksibilnost i bolju kontrolu jednolikosti i sastava legure kroz neovisnu kontrolu vremena, tlaka, temperature i prijenosa mase kroz miješanje taline. Međutim, budući da se koriste grafitni tiglovi, oni su osjetljivi na kontaminaciju ugljikom. Uobičajene razine nečistoće ugljika su između 300 i 700 ppm, iako su uz pažljivu kontrolu mogući ingoti s razinama ugljika između 200 i 500 ppm.

01.2. Vakuumsko lučno pretaljivanje (VAR)
U vakuumskom lučnom ponovnom topljenju, potrošne i nepotrošne elektrode kontinuirano se ponovno tope pomoću luka u vakuumskom okruženju. VAR taljenje proizvodi legure izuzetno visoke čistoće i stoga se može koristiti za poboljšanje čistoće i strukture VIM ingota. Međutim, cijeli ingot se ne topi istovremeno i može biti potrebno više taljenja da bi se postigla željena jednolikost.

01.3. Plazma lučno taljenje (PAM)
U procesu taljenja s plazma lukom, ulazni elementarni metal stavlja se u bakreni vodom hlađeni kristalizator, a zatim se spiralno prenosi ispod plamenika argonske plazme. Ova metoda eliminira onečišćenje uzrokovano upotrebom vakuumskih indukcijskih pećnih lonaca. Stoga legura nikla i titana koju proizvodi tvrtka PAM ima veću čistoću i bolju otpornost na koroziju od legure nikla i titana koju proizvodi tvrtka VIM. Također ima mnogo manje inkluzije, kao što je prikazano na slici 3. Međutim, ima nižu ujednačenost i zahtijeva više PAM plamenika da bi se postigla ujednačenost slična VIM-u.

Slika 3. PAM (a) i VIM (b) SEM slike toplovaljanih i potpuno žarenih Ni50.8Ti49.2 šipki. Strelica pokazuje tipično uključivanje gr4.

01.4. Taljenje snopom elektrona
U ovoj metodi, okrugli ingot pripremljen u vakuumskoj indukcijskoj peći se topi elektroničkim zagrijavanjem s puno višim vakuumom (10^(-2) Pa) nego VIM (10 Pa). Zajedno s nedostatkom lončića, rizik od daljnje kontaminacije ugljikom je eliminiran, a kvaliteta taline ovisi o kvaliteti ingota. EBM je vrlo čist s udjelom kisika od samo 70 ppm (4-10 puta niži od VIM-a).

01.5. Sažetak procesa taljenja
Tijekom procesa taljenja potrebno je posvetiti veliku pažnju čimbenicima kao što su inkluzije i visok sadržaj ugljika/kisika koji mogu negativno utjecati na leguru. Na primjer, studije su otkrile da prisutnost inkluzija ne samo da negativno utječe na konačni proizvod, već također može utjecati na proces strojne obrade. Na primjer, studije su pokazale da inkluzije mogu dovesti do kraćeg vijeka trajanja alata pri tokarenju NiTi legura u usporedbi s legurama bez inkluzija. Dobro je poznato da nemetalni uključci kao što su karbidi (TiC) i intermetalni oksidi (Ti4Ni2Ox) mogu uzrokovati kvarove uslijed zamora prilikom ulaska u medicinske uređaje od legure NiTi tijekom procesa taljenja. Uključci također utječu na osjetljivost elektropoliranih NiTi legura na rupičastu koroziju, pri čemu veličina uključaka ima veći utjecaj od broja uključaka.

02.Proces metalurgije praha (PM)
Procesi metalurgije praha uključuju tradicionalne metalurške procese i procese aditivne proizvodnje (AM). Tradicionalni procesi metalurgije praha uključuju konvencionalno sinteriranje (CS), vruće izostatičko prešanje (HIS), sinteriranje plazmom iskre (SPS), injekcijsko prešanje metala (MIM) i samopropagirajuću visokotemperaturnu sintezu (SHS). S druge strane, PM procesi aditivne proizvodnje uključuju selektivno lasersko taljenje (SLM), laserski projektirano oblikovanje mreže (LENS), taljenje elektronskim snopom (EBM) i selektivno lasersko sinteriranje (SLS). Prednosti i ograničenja ovih procesa prikazani su u tablici 4.

Tablica 4. Prednosti i ograničenja metoda proizvodnje NiTi legura u metalurgiji praha.

Iako je postupak lijevanja popularniji za izradu legura nikal-titan, posebno za medicinsku primjenu, metalurgija praha je dokazala da ima potencijala biti konkurent ili čak nadmašiti lijevanje u nekim područjima, uključujući i tamo gdje ne dolazi do segregacije. Veći sastav legure dobiva se pri nižim temperaturama, što rezultira izotropnim fizičkim i mehaničkim svojstvima. Zapravo, brzo skrućivanje (RS) povezano s metalurgijom praha ponekad poboljšava fizikalna i mehanička svojstva. Ovo je vrlo važno jer ima povratni učinak. Na primjer, ujednačena i fina mikrostruktura poboljšava svojstva strojne obrade, dok duktilnost koju osigurava metalurgija praha poboljšava svojstva hladne i vruće obrade kao što su valjanje, ekstruzija i kovanje. Općenito govoreći, poboljšanja svojstava materijala utjecat će na rok trajanja proizvoda. Kako bi se poboljšala ujednačenost legure, sinteriranje legure u prahu je popularnije od sinterovanja sirovog metala u prahu. Metalurgija praha također se može koristiti za kontrolu temperatura faznog prijelaza.

Komercijalno, PM se koristi za proizvodnju poroznih NiTi legura. U tom smislu, različite metode kao što su HIP, MIM i SHS ispunjavaju glavne preduvjete za porozne NiTi implantate. Ovi zahtjevi uključuju: otvorenu i međusobno povezanu poroznost između 30% i 80%, veličinu pora između 100 μm i 600 μm, visoku čvrstoću (najmanje 100 MPa pri 2% deformaciji), nizak Youngov modul (Youngov modul blizak onom spužvaste kosti (<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Međutim, postoje neki problemi koji ometaju potpunu upotrebu metalurških materijala u prahu od legure nikla i titana medicinske kvalitete. Prvo, kontrola kisika je ozbiljan izazov, budući da tipični NiTi dijelovi metalurgije praha imaju razine kisika čak do 3000 ppm. Iako se pažljivim rukovanjem može smanjiti na 1500 ppm, utjecaj ove razine kisika na duktilnost i umor još uvijek predstavlja problem. Nadalje, zbog velike izložene površine koju stvara visoka poroznost, ispiranje nikla je ozbiljan problem zbog njegove sposobnosti da izazove štetne učinke kao što su stanična alergija, genotoksičnost i citotoksičnost. Nadalje, pore ne samo da smanjuju otpornost NiTi na koroziju, već također utječu na oslobađanje nikla, što je dva reda veličine više u neobrađenom poroznom NiTi napravljenom sa SHS nego u čvrstom NiTi.

Osim toga, sinterirane legure proizvode legure s višim sadržajem krhkih oksida (Ti4Ni2Ox:0 < x Manje od ili jednako 1). Posljednje, ali ne i najmanje važno, proces zgušnjavanja praha Ni-Ti legure je težak, uglavnom zbog razlike u difuznosti između nikla i titana i visoko egzotermne reakcije formiranja legure nikal-titan i Ni3Ti, Ti2Ni tekućeg eutektičkog kapilarnog učinka uzrokovanog prisutnošću.

Uspješna medicinska primjena NiTi legura ovisi o strogoj kontroli cjelokupnog procesa proizvodnje, jer se nedostaci mogu prenijeti na konačni proizvod. U tom pogledu postoji nekoliko standarda, uključujući ASTM F2063, koji ne samo da ograničava sadržaj kisika i dušika u medicinskim legurama nikla i titana na 500 dijelova na milijun (ppm), već i nikal koji se koristi u proizvodnji medicinskih grade oprema. Maksimalna veličina inkluzija u talinama titanovih legura ograničena je na 39 μm. Ovaj odjeljak će pogledati različite korake i metode proizvodnje Nitinola, ističući njihovu važnost, njihove prednosti i nedostatke, te njihovu prikladnost za obradu Nitinola medicinske kvalitete.

Popularni tagovi: niti ploče od memorijske legure, Kina niti ploče od memorijske legure proizvođači, dobavljači, tvornica, Jamstvo izmjenjivača topline, SOEC modul Stambeni dijelovi, anoda dragocjenih metala, TALOG TOPLOVNIH TAPELLE TAKONE, serija s elektroplomom, Metalni proizvodi za marinu