NiTi qotishmalarining muvaffaqiyatli tibbiy qo'llanilishi butun ishlab chiqarish jarayonining qattiq nazoratiga bog'liq, chunki nuqsonlar yakuniy mahsulotga o'tkazilishi mumkin. Bu borada bir nechta standartlar mavjud, jumladan ASTM F2063, bu nafaqat tibbiy toifadagi nikel-titanium qotishmalarida kislorod va azot miqdorini millionda 500 qismga (ppm) cheklaydi, balki tibbiy mahsulotlar ishlab chiqarishda ishlatiladigan nikelni ham cheklaydi. darajali uskunalar. Titan qotishma eritmalaridagi qo'shimchalarning maksimal hajmi 39 mkm bilan cheklangan. Ushbu bo'limda Nitinolni ishlab chiqarishning turli bosqichlari va usullari ko'rib chiqiladi, ularning ahamiyati, afzalliklari va kamchiliklari va tibbiy darajadagi Nitinolni qayta ishlashga yaroqliligi ta'kidlanadi.
01.Quyma/eritish jarayoni
Yuqori titan miqdori tufayli erigan nitinol yuqori reaktivdir va vakuumda qayta ishlanishi kerak. Quyma jarayonlari NiTi qotishmalarini ishlab chiqarish uchun eng keng tarqalgan bo'lib, vakuumli induksion eritish (VIM), vakuumli yoyni qayta eritish (VAR), elektron nurlarini eritish va plazma yoyi erishini (PAM) o'z ichiga oladi. Ushbu to'rtta usul orasida nikel-titan qotishmalari asosan bir nechta VAR yoki VIM, keyin esa VAR tomonidan ishlab chiqariladi. Ushbu bo'limda ushbu usullar qisqacha ko'rib chiqiladi, 1-jadvalda ularning afzalliklari va cheklovlari ko'rsatilgan. Bundan tashqari, 2-jadvalda ko'rsatilganidek, bu NiTi qotishmalarining tibbiy toifadagi qo'llanilishi uchun ko'rib chiqilishi sababli, muvofiqlik tahlili uglerod va kislorodga sezgirlik, bir xillik va kimyoviy tarkibga asoslangan holda ham amalga oshirildi, chunki bu omillar qotishma sifatiga ta'sir qiladi. va shuning uchun uning ishlashi.
Jadval 1. Nitinol quyish / eritish ishlab chiqarish usullarining afzalliklari va cheklovlari.
2-jadval. Tibbiyot uchun NiTi qotishmalarini qayta ishlashga yaroqliligiga asoslangan usullarni taqqoslash.
01.1. Vakuumli induksion eritish (VIM)
VIM po'lat qobiq ichida joylashgan va vakuumga ulangan eritilgan grafit tigeldan iborat. Grafit tigel va metall zaryadlariga girdab oqimlari kiritilganda, eritmani aralashtirish va aralashtirishga yordam beradigan elektrodinamik kuchlar hosil bo'ladi. VIM NiTi qotishmalarini tijorat ishlab chiqarish uchun eng keng tarqalgan jarayondir. Boshqa vakuumli eritish jarayonlari bilan solishtirganda, eritma aralashtirish orqali vaqt, bosim, harorat va massa almashinuvini mustaqil nazorat qilish orqali bir xillik va qotishma tarkibini yanada moslashuvchan va yaxshiroq nazorat qilishni ta'minlaydi. Biroq, grafit tigellar ishlatilganligi sababli, ular uglerod bilan ifloslanishga moyil. Oddiy uglerod aralashmalari darajasi 300 dan 700 ppm gacha, ammo ehtiyotkorlik bilan nazorat qilingan holda, uglerod darajasi 200 dan 500 ppm gacha bo'lgan ingotlarni olish mumkin.
01.2. Vakuumli yoyni qayta eritish (VAR)
Vakuumli yoyni qayta eritishda iste'mol qilinadigan yoki sarflanmaydigan elektrodlar vakuum muhitida yoy yordamida doimiy ravishda qayta eritiladi. VAR eritish juda yuqori tozalikdagi qotishmalarni ishlab chiqaradi va shuning uchun VIM ingotlarining tozaligi va tuzilishini yaxshilash uchun ishlatilishi mumkin. Biroq, butun ingot bir vaqtning o'zida eritilmaydi va kerakli bir xillikka erishish uchun bir nechta eritmalar talab qilinishi mumkin.
01.3. Plazma yoyi erishi (PAM)
Plazma yoyi eritish jarayonida kirish elementli metall mis suv bilan sovutilgan kristalizatorga joylashtiriladi va keyin argon plazmasi yondirgichi ostidagi spiral orqali uzatiladi. Ushbu usul vakuumli induksion pechning tigellaridan foydalanish natijasida yuzaga keladigan ifloslanishni yo'q qiladi. Shuning uchun PAM kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilgan nikel-titanium qotishmasi VIM kompaniyasi tomonidan ishlab chiqarilgan nikel-titanium qotishmasidan ko'ra yuqori tozalik va yaxshi korroziyaga chidamliligiga ega. Bundan tashqari, 3-rasmda ko'rsatilganidek, u juda kichikroq inklyuziyalarga ega. Biroq, u kamroq bir xillikka ega va VIMga o'xshash bir xillikka erishish uchun bir nechta PAM mash'allarini talab qiladi.
Shakl 3. PAM (a) va VIM (b) issiq haddelenmiş va to'liq tavlangan Ni50.8Ti49.2 rodlarining SEM tasvirlari. O'q gr4 tipik inklyuziyaga ishora qiladi.
01.4. Elektron nurlarning erishi
Bu usulda vakuumli induksion pechda tayyorlangan dumaloq quyma VIM (10 Pa) ga nisbatan ancha yuqori vakuum (10^(-2) Pa) bilan elektron isitish orqali eritiladi. Tigelning yo'qligi bilan birgalikda uglerod bilan ifloslanish xavfi yo'qoladi va eritmaning sifati quyma sifatiga bog'liq. EBM juda toza, kislorod miqdori daqiqada 70 ppm (VIMdan 4-10 marta past).
01.5. Eritma jarayonining qisqacha tavsifi
Eritma jarayonida qotishmaga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin bo'lgan qo'shimchalar va yuqori uglerod / kislorod miqdori kabi omillarni minimallashtirishga katta e'tibor berish kerak. Misol uchun, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, qo'shimchalarning mavjudligi nafaqat yakuniy mahsulotga salbiy ta'sir qiladi, balki ishlov berish jarayoniga ham ta'sir qilishi mumkin. Misol uchun, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, qo'shimchalar NiTi qotishmalarini inklyuziyasiz qotishmalarga nisbatan aylantirganda, asbobning ishlash muddatini qisqartirishi mumkin. Ma'lumki, karbidlar (TiC) va intermetalik oksidlar (Ti4Ni2Ox) kabi metall bo'lmagan qo'shimchalar eritish jarayonida NiTi qotishma tibbiy asboblarga kirishda charchoqning buzilishiga olib kelishi mumkin. Qo'shimchalar, shuningdek, elektropolislangan NiTi qotishmalarining chuqur korroziyaga moyilligiga ta'sir qiladi, qo'shimchalar hajmi qo'shimchalar sonidan ko'ra ko'proq ta'sir qiladi.
02.Chang metallurgiya jarayoni (PM)
Chang metallurgiya jarayonlari an'anaviy metallurgiya jarayonlari va qo'shimcha ishlab chiqarish (AM) jarayonlarini o'z ichiga oladi. An'anaviy kukunli metallurgiya jarayonlari an'anaviy sinterlash (CS), issiq izostatik presslash (HIS), uchqunli plazma sinterlash (SPS), metallni quyish (MIM) va o'z-o'zidan tarqaladigan yuqori haroratli sintezni (SHS) o'z ichiga oladi. Boshqa tomondan, qo'shimcha ishlab chiqarish PM jarayonlariga selektiv lazerli eritish (SLM), lazerli muhandislik tarmog'ini shakllantirish (LENS), elektron nurlarini eritish (EBM) va selektiv lazer sinterlash (SLS) kiradi. Ushbu jarayonlarning afzalliklari va cheklovlari 4-jadvalda keltirilgan.
Jadval 4. NiTi qotishmalarini ishlab chiqarish usullari kukunli metallurgiyaning afzalliklari va cheklovlari.
Quyma jarayoni nikel-titan qotishmalarini ishlab chiqarishda, ayniqsa, tibbiy maqsadlarda foydalanish uchun ko'proq mashhur bo'lsa-da, chang metallurgiyasi ba'zi sohalarda, shu jumladan segregatsiya sodir bo'lmagan joylarda quyma bilan raqobatlasha olishi yoki hatto undan yuqori ishlashi mumkinligini isbotladi. Yuqori qotishma kompozitsiyalari past haroratlarda olinadi, bu esa izotropik fizik va mexanik xususiyatlarga ega. Darhaqiqat, chang metallurgiyasi bilan bog'liq bo'lgan tez qotib qolish (RS) ba'zan fizik va mexanik xususiyatlarni yaxshilaydi. Bu juda muhim, chunki u taqillatish ta'siriga ega. Misol uchun, bir xil va nozik mikro tuzilma ishlov berish xususiyatlarini yaxshilaydi, chang metallurgiyasi tomonidan taqdim etilgan egiluvchanlik prokat, ekstruziya va zarb kabi sovuq va issiq ishlov berish xususiyatlarini yaxshilaydi. Umuman olganda, material xususiyatlarining yaxshilanishi mahsulotning saqlash muddatiga ta'sir qiladi. Qotishmaning bir xilligini yaxshilash uchun qotishma kukunini sinterlash xom metall kukunini sinterlashdan ko'ra ko'proq mashhurdir. Kukun metallurgiyasi fazaga o'tish haroratini nazorat qilish uchun ham ishlatilishi mumkin.
Savdoda PM gözenekli NiTi qotishmalarini ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Shu munosabat bilan, HIP, MIM va SHS kabi turli usullar gözenekli NiTi implantlari uchun asosiy shartlarni bajaradi. Bu talablarga quyidagilar kiradi: 30% dan 80% gacha ochiq va bir-biriga bog'langan g'ovaklik, 100 mkm dan 600 mkm gacha bo'lgan g'ovak o'lchami, yuqori quvvat (2% deformatsiyada kamida 100 MPa), past Young moduli (Yang moduli suyak to'qimalariga yaqin)<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).
Biroq, tibbiy darajadagi nikel-titanium qotishma kukunli metallurgiya materiallaridan to'liq foydalanishga to'sqinlik qiladigan ba'zi muammolar mavjud. Birinchidan, kislorodni nazorat qilish jiddiy muammodir, chunki odatdagi kukunli metallurgiya NiTi qismlari kislorod darajasi 3000 ppm dan yuqori. Ehtiyotkorlik bilan ishlov berish bilan uni 1500 ppm gacha kamaytirish mumkin bo'lsa-da, bu kislorod darajasining egiluvchanlik va charchoqqa ta'siri hali ham tashvishli. Bundan tashqari, yuqori porozlik tufayli yuzaga kelgan katta sirt maydoni tufayli, nikelning yuvilishi hujayra allergiyasi, genotoksiklik va sitotoksiklik kabi zararli ta'sirlarni keltirib chiqarish qobiliyati tufayli jiddiy muammo hisoblanadi. Bundan tashqari, gözenekler nafaqat NiTi ning korroziyaga chidamliligini pasaytiradi, balki nikelning chiqishiga ham ta'sir qiladi, bu SHS bilan ishlov berilmagan gözenekli NiTi qattiq NiTi ga qaraganda ikki baravar yuqori.
Bundan tashqari, sinterlangan qotishmalar mo'rt oksidi yuqori bo'lgan qotishmalar hosil qiladi (Ti4Ni2Ox:0 < x 1 dan kichik yoki teng). Nihoyat, lekin eng muhimi, Ni-Ti qotishma kukunini zichlashtirish jarayoni, asosan, nikel va titanium o'rtasidagi diffuziya farqi va yuqori ekzotermik nikel-titanium qotishma hosil qiluvchi reaktsiya va Ni3Ti, Ti2Ni suyuq evtektik kapillyar ta'siri mavjudligi sababli qiyin.