NiTi geheugenlegering plaat

Succesvolle medische toepassingen van NiTi-legeringen zijn afhankelijk van een strikte controle van het gehele productieproces, omdat defecten kunnen worden overgedragen op het eindproduct. Er zijn in dit opzicht verschillende normen van kracht, waaronder ASTM F2063, die niet alleen het zuurstof- en stikstofgehalte in nikkel-titaanlegeringen van medische kwaliteit beperkt tot 500 delen per miljoen (ppm), maar ook nikkel dat wordt gebruikt bij de productie van medische producten. hoogwaardige apparatuur. De maximale grootte van insluitsels in smeltingen van titaniumlegeringen is beperkt tot 39 μm. In dit gedeelte worden de verschillende productiestappen en -methoden van Nitinol besproken, waarbij hun belang, hun voor- en nadelen en hun geschiktheid voor de verwerking van Nitinol van medische kwaliteit worden benadrukt.

01. Giet-/smeltproces
Vanwege het hoge titaniumgehalte is gesmolten nitinol zeer reactief en moet het in een vacuüm worden verwerkt. Gietprocessen zijn de meest gebruikelijke voor de productie van NiTi-legeringen en omvatten vacuüminductiesmelten (VIM), vacuümbooghersmelten (VAR), elektronenstraalsmelten en plasmaboogsmelten (PAM). Van deze vier methoden worden nikkel-titaniumlegeringen voornamelijk vervaardigd door eerst meerdere VAR of VIM en vervolgens VAR. In deze sectie worden deze methoden kort besproken, terwijl Tabel 1 hun voordelen en beperkingen benadrukt. Bovendien werd, zoals weergegeven in Tabel 2, aangezien dit een overzicht is van NiTi-legeringen voor toepassingen van medische kwaliteit, ook een geschiktheidsanalyse uitgevoerd op basis van de gevoeligheid voor koolstof en zuurstof, uniformiteit en chemische samenstelling, aangezien deze factoren de kwaliteit van de legering zouden beïnvloeden. en dus zijn prestaties.

Tabel 1. Voordelen en beperkingen van productiemethoden voor het gieten/smelten van nitinol.

Tafel 2. Vergelijking van methoden op basis van geschiktheid voor de verwerking van NiTi-legeringen voor medische toepassingen.

01.1. Vacuüm-inductiesmelten (VIM)
De VIM bestaat uit een smeltkroes van gesmolten grafiet, ondergebracht in een stalen omhulsel en aangesloten op een vacuüm. Wanneer wervelstromen in de grafietkroes en metaalladingen worden geïntroduceerd, worden elektrodynamische krachten gegenereerd die helpen bij het roeren en mengen van de smelt. VIM is het meest gebruikte proces voor de commerciële productie van NiTi-legeringen. Vergeleken met andere vacuümsmeltprocessen biedt het een grotere flexibiliteit en een betere controle van de uniformiteit en de legeringssamenstelling door onafhankelijke controle van tijd, druk, temperatuur en massaoverdracht door roeren in de smelt. Omdat er echter grafietkroezen worden gebruikt, zijn deze gevoelig voor koolstofverontreiniging. Typische niveaus van koolstofverontreiniging liggen tussen 300 en 700 ppm, hoewel met zorgvuldige controle blokken met koolstofniveaus tussen 200 en 500 ppm mogelijk zijn.

01.2. Vacuümboog-hersmelten (VAR)
Bij het opnieuw smelten met een vacuümboog worden afsmeltende of niet-afsmeltende elektroden continu opnieuw gesmolten met behulp van een boog in een vacuümomgeving. VAR-smelten produceert legeringen met een extreem hoge zuiverheid en kan daarom worden gebruikt om de zuiverheid en structuur van VIM-blokken te verbeteren. De gehele gieteling wordt echter niet tegelijkertijd gesmolten en er kunnen meerdere smeltingen nodig zijn om de gewenste uniformiteit te bereiken.

01.3. Plasmaboogsmelten (PAM)
Bij het plasmaboogsmeltproces wordt het ingevoerde elementaire metaal in een watergekoelde koperen kristallisator geplaatst en vervolgens via een spiraal onder de argonplasmabrander getransporteerd. Deze methode elimineert vervuiling veroorzaakt door het gebruik van vacuüm-inductieovenkroezen. Daarom heeft de nikkel-titaniumlegering geproduceerd door PAM Company een hogere zuiverheid en betere corrosieweerstand dan de nikkel-titaniumlegering geproduceerd door VIM Company. Het heeft ook veel kleinere insluitsels, zoals weergegeven in Figuur 3. Het heeft echter een lagere uniformiteit en vereist meerdere PAM-toortsen om een ​​vergelijkbare uniformiteit als VIM te bereiken.

Figuur 3. PAM (a) en VIM (b) SEM-afbeeldingen van warmgewalste en volledig gegloeide Ni50.8Ti49.2-staven. Pijl wijst naar typische inclusie gr4.

01.4. Het smelten van elektronenbundels
Bij deze methode wordt een ronde staaf, bereid in een vacuüm-inductieoven, gesmolten door elektronische verwarming met een veel hoger vacuüm (10^(-2) Pa) dan VIM (10 Pa). Gecombineerd met de afwezigheid van een smeltkroes wordt het risico van verdere koolstofverontreiniging geëlimineerd en is de smeltkwaliteit afhankelijk van de kwaliteit van de staaf. EBM is zeer zuiver met een zuurstofgehalte van slechts 70 ppm (4-10 maal lager dan VIM).

01.5. Samenvatting van het smeltproces
Tijdens het smeltproces moet grote zorg worden besteed om ervoor te zorgen dat factoren zoals insluitsels en een hoog koolstof-/zuurstofgehalte die de legering negatief kunnen beïnvloeden, tot een minimum worden beperkt. Uit onderzoek is bijvoorbeeld gebleken dat de aanwezigheid van insluitsels niet alleen een negatief effect heeft op het eindproduct, maar ook op het bewerkingsproces. Studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat insluitingen kunnen leiden tot een kortere standtijd bij het draaien van NiTi-legeringen in vergelijking met insluitingsvrije legeringen. Het is bekend dat niet-metallische insluitsels zoals carbiden (TiC) en intermetallische oxiden (Ti4Ni2Ox) vermoeiingsproblemen kunnen veroorzaken bij het binnendringen van medische hulpmiddelen van NiTi-legeringen tijdens het smeltproces. Insluitsels hebben ook invloed op de gevoeligheid van elektrolytisch gepolijste NiTi-legeringen voor putcorrosie, waarbij de grootte van de insluitsels een grotere impact heeft dan het aantal insluitsels.

02.Poedermetallurgieproces (PM)
Poedermetallurgische processen omvatten traditionele metallurgische processen en additieve productieprocessen (AM). Traditionele poedermetallurgische processen omvatten conventioneel sinteren (CS), heet isostatisch persen (HIS), vonkplasmasinteren (SPS), metaalspuitgieten (MIM) en zelfpropagerende hogetemperatuursynthese (SHS). Aan de andere kant omvatten PM-processen voor additieve productie onder meer selectief lasersmelten (SLM), laser engineered net shaping (LENS), elektronenbundelsmelten (EBM) en selectief lasersinteren (SLS). De voordelen en beperkingen van deze processen worden weergegeven in Tabel 4.

Tabel 4. Voordelen en beperkingen van productiemethoden voor NiTi-legeringen in de poedermetallurgie.

Hoewel het gietproces populairder is voor het maken van nikkel-titaanlegeringen, vooral voor medische toepassingen, heeft de poedermetallurgie bewezen dat het op sommige gebieden het potentieel heeft om te wedijveren met of zelfs beter te presteren dan gieten, ook waar segregatie niet voorkomt. Hogere legeringssamenstellingen worden verkregen bij lagere temperaturen, wat resulteert in isotrope fysische en mechanische eigenschappen. In feite verbetert de snelle stolling (RS) die gepaard gaat met poedermetallurgie soms de fysische en mechanische eigenschappen. Dit is erg belangrijk omdat het een domino-effect heeft. Een uniforme en fijne microstructuur verbetert bijvoorbeeld de bewerkingseigenschappen, terwijl de ductiliteit die wordt geboden door poedermetallurgie de koude en warme bewerkingseigenschappen verbetert, zoals walsen, extrusie en smeden. Over het algemeen hebben verbeteringen in materiaaleigenschappen invloed op de houdbaarheid van producten. Om de uniformiteit van de legering te verbeteren, is het sinteren van legeringspoeder populairder dan het sinteren van ruw metaalpoeder. Poedermetallurgie kan ook worden gebruikt om faseovergangstemperaturen te regelen.

Commercieel wordt PM gebruikt om poreuze NiTi-legeringen te produceren. In dit opzicht voldoen verschillende methoden zoals HIP, MIM en SHS aan de belangrijkste voorwaarden voor poreuze NiTi-implantaten. Deze vereisten omvatten: open en onderling verbonden porositeit tussen 30% en 80%, poriegrootte tussen 100 μm en 600 μm, hoge sterkte (minstens 100 MPa bij 2% spanning), lage Young-modulus (Young's modulus dichtbij die van poreus bot (<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).

Er zijn echter enkele problemen die de volledige benutting van poedermetallurgische materialen van nikkel-titaanlegeringen van medische kwaliteit belemmeren. Ten eerste is de zuurstofbeheersing een serieuze uitdaging, omdat typische NiTi-onderdelen uit de poedermetallurgie een zuurstofniveau van wel 3000 ppm hebben. Hoewel het bij zorgvuldige omgang kan worden teruggebracht tot 1500 ppm, is de impact van dit zuurstofniveau op de ductiliteit en vermoeidheid nog steeds een punt van zorg. Bovendien is nikkeluitloging, vanwege het grote blootgestelde oppervlak dat wordt gecreëerd door de hoge porositeit, een ernstig probleem vanwege het vermogen ervan om schadelijke effecten te veroorzaken, zoals celallergie, genotoxiciteit en cytotoxiciteit. Bovendien verminderen poriën niet alleen de corrosieweerstand van NiTi, maar beïnvloeden ze ook de vrijgave van nikkel, wat twee ordes van grootte hoger is bij onbehandeld poreus NiTi gemaakt met SHS dan bij vast NiTi.

Bovendien produceren gesinterde legeringen legeringen met een hoger brosoxidegehalte (Ti4Ni2Ox:0 < x kleiner dan of gelijk aan 1). Last but not least is het verdichtingsproces van Ni-Ti-legeringspoeder moeilijk, voornamelijk vanwege het diffusiviteitsverschil tussen nikkel en titanium en de zeer exotherme vormingsreactie van nikkel-titaniumlegering en Ni3Ti, Ti2Ni vloeibaar eutectisch capillair effect veroorzaakt door aanwezigheid.

Succesvolle medische toepassingen van NiTi-legeringen zijn afhankelijk van een strikte controle van het gehele productieproces, omdat defecten kunnen worden overgedragen op het eindproduct. Er zijn in dit opzicht verschillende normen van kracht, waaronder ASTM F2063, die niet alleen het zuurstof- en stikstofgehalte in nikkel-titaanlegeringen van medische kwaliteit beperkt tot 500 delen per miljoen (ppm), maar ook nikkel dat wordt gebruikt bij de productie van medische producten. hoogwaardige apparatuur. De maximale grootte van insluitsels in smeltingen van titaniumlegeringen is beperkt tot 39 μm. In dit gedeelte worden de verschillende productiestappen en -methoden van Nitinol besproken, waarbij hun belang, hun voor- en nadelen en hun geschiktheid voor de verwerking van Nitinol van medische kwaliteit worden benadrukt.

Populaire tags: niti geheugenlegering plaat, China niti geheugenlegering plaat fabrikanten, leveranciers, fabriek