医用NiTi合金表面改性技术研究进展

近等原子比的NiTi合金以其独有的形状记忆效应和超弹性在医疗领域具有广泛的应用,但近年来研究表明,镍离子会使人体发生中毒反应,甚至致癌,这一因素制约了它在生物医用材料领域的使用。为了抑制镍离子的释放,通过对NiTi合金表面改性,制备一层氧化膜,可有效提高使用的安全性。文章全面阐述了近几年来NiTi合金表面改性的研究进展,提出了对多孔医用NiTi合金表面TiO2改性的发展前景。     

NiTi/6061铝合金异种材料电磁脉冲焊工艺研究

NiTi形状记忆合金具有优良的形状记忆效应、超弹性、生物相容性、抗阻尼性能、抗腐蚀性能及综合力学性能,为了扩展其在智能开发中的应用,NiTi合金与其他综合性能良好的结构材料的连接备受关注。采用电磁脉冲焊连接NiTi/6061铝合金,利用光学显微镜(OM)以及扫描电镜(SEM)分析了不同热处理状态(T6态和完全退火态)和放电能量对母材及焊接接头微观组织的影响,利用DSC分析不同放电能量下NiTi合金的形状记忆效应。结果表明,完全退火处理有利于6061铝合金与NiTi的连接,电磁脉冲焊界面区厚度小于5μm,对NiTi合金的形状记忆效应影响较小。     

近等原子比NiTi合金中微观缺陷和电子密度的正电子湮没研究

用正电子寿命谱测量方法研究了5种不同化学成分的近等原子比NiTi合金中的微观缺陷和自由电子密度。结果表明,当Ni原子和Ti原子形成NiTi合金时部分3d电子被局域化而形成共价键,导致合金中参与形成金属键的自由电子减少。近等原子比的NiTi合金中的基体和缺陷处的自由电子浓度均随Ni含量的增加而改变,并且当Ni含量为51 at%时达到最大值。研究还发现Ni51Ti49合金含有最少的缺陷,从而有助于马氏体相变的发生,这可能成为Ni51Ti49合金具有最好的形状记忆效应的一个原因。     

Aluminum Nitride Thin Films on Molybdenum/Polyimide Heterostructure for Bulk Acoustic Resonators

用正电子寿命谱测量方法研究了5种不同化学成分的近等原子比NiTi合金中的微观缺陷和自由电子密度.结果表明,当Ni原子和Ti原子形成NiTi合金时部分3d电子被局域化而形成共价键,导致合金中参与形成金属键的自由电子减少.近等原子比的NiTi合金中的基体和缺陷处的自由电子浓度均随Ni含量的增加而改变,并且当Ni含量为51 at％时达到最大值.研究还发现Ni51Ti49合金含有最少的缺陷,从而有助于马氏体相变的发生,这可能成为Ni51Ti49合金具有最好的形状记忆效应的一个原因.     

高熵形状记忆合金的研究进展

高熵形状记忆合金是在等原子比NiTi合金的基础上,结合高熵合金的概念,逐渐发展起来的一种新型高温形状记忆合金。近年来,已开发出了综合性能优异的(TiZrHf)50(NiCoCu)50系和(TiZrHf)50(NiCuPd)50系高熵形状记忆合金,引起了广泛的关注和研究兴趣。本文从物相组成、微观组织、马氏体相变行为、形状记忆效应和超弹性等角度出发,综述了高熵形状记忆合金的研究进展,并对高熵形状记忆合金未来的研究重点进行了展望。     

NiTi形状记忆和超弹性合金在应用制品中的推广

随着实用化和加工技术的进步,性能优良的NiTi合金的需要量急剧增长.NiTi合金有两个特殊性能,即形状记忆和超弹性性能.通过改变合金中镍与钛的配比,可使其性能产生较大的变化,以适应不同用途的使用要求.添加第三元素(铜或铌)可以提高NiTi合金的使用性能.目前,Ti—CU和Ni—Ti—Nb等三元合金都已实用化.NiTi合金的形状记忆效应通常为单向的,即在低温马氏体状态下变形,升高温度后合金中产生相变,品体结构由马氏作相变为母相,同时回复到变形前的形态.要得到     

用于生物体的形状记忆合金

超弹性NiTi合金丝具有形状记忆、超弹性和回弹性等优越性能．牙科NiTi正牙弓丝正是利用它的超弹性和回弹性，可以发挥温和持久的矫正力来达到矫正错位牙的目的．NiTi合金在牙科的应用不仅仅局限于制作正牙弓丝，还可以用NiTi形状记忆合金制成直径1．5mm、表面有螺纹、直槽型牙冠桩．在35℃，用马氏体结构制的形状记忆合金牙冠桩比用奥氏体结构制的对牙齿产生的应力要小，用前者制成的新型试验冠桩对冠桩孔的残余应力值约为15MPa，冠按时报曾壁适中的残余压应力有助于冠桩的固位．实验表明，N汀i形状记忆合金冠桩厚度并不影响粘固剂线的…     

TiNi合金形状记忆和超弹性特性的应用

在钛合金中,Ti和Ni的原子比各50%的合金称为TiNi合金,它是具有形状记忆和超弹性特性的合金,已开发了许多用途的产品。TiNi的组成比稍     

超叠层TiNi箔及强磁性形状记忆合金

形状记忆合金具有其它材料所没有的超弹性和形状记忆效应。形状记忆效应是在室温下变形 ,加热时即恢复原来形状 ,超弹性是具有远比一般金属材料的弹性限度高的滞弹性应变。它们均是一种无扩散的马氏体相变引起的特异现象。至今开发的形状记忆合金有多种多样 ,但具有良好形状记忆效应和超弹性的仅限于热弹性型的马氏体相变合金 ,几乎都是以稀有金属为成分的规则合金系 ,可见稀有元素对形状记忆合金是不可或缺的元素。在形状记忆合金中 ,现在实用的几乎都是Ti-Ni合金 ,这是由于这种合金具有优良的形状记忆特性、超弹性及疲劳性能 ,并可通过加…     

在Ni-Ti合金基体上形成低Ni多孔层

正Ni-Ti合金具有形状记忆效应和超弹性,广泛用作生体植入材料。日本东北大学材料工艺率Kiosuki Wada等人采用浸入Ce溶液或Mg溶液里方法,使Ni-Ti合金基体表面形成低Ni多孔层。用X-射线衍射图谱、扫描电镜及EDX法标征反应层,可以看出,由于脱合金反应,Ni-Ti合金表面形成由NiTi2和α-Ti组     

Effects of Solution and Aging Treatments on Corrosion Resistance of As-cast 60NiTi Alloy

60NiTi alloy has become a competitive candidate for bearing applications due to its shape memory effect, superelasticity, high strength, hardness, excellent abrasion resistance and corrosion resistance, etc. However, the relationship between its corrosion resistance and heat treatment is not clearly understood. Therefore, we used OM, XRD, SEM and EDS to study the evolution of microstructure in as-cast, solution-treated and aged 60NiTi alloy. Besides, the potentiodynamic polarization and salt spray test were used to compare corrosion resistance of 60NiTi alloy and 316 stainless steel and to study the effect of microstructures on corrosion resistance of 60NiTi alloy. The results show that the corrosion resistance of as-cast 60NiTi alloy is comparable to that of 316 stainless steel, but the corrosion resistance of solution-treated and aged 60NiTi alloys is much superior. The significantly reduced Ni₃Ti phase after the solution and aging treatments is responsible for the remarkable improvement in the corrosion resistance of as-cast 60NiTi alloy.     

NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性,生物相容性,高阻尼及低刚度,耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。     

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的 通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高NiTi合金的耐腐蚀性能。方法 利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后NiTi合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果 NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150 μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO2、β相以及少量的TiO相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni²⁺浓度下降了约1/3。结论 以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。     

NiTi形状记忆合金的生物相容性及其表面生物活性化

NiTi合金具有优异的综合性能 ,是一种很有发展前景的医用金属生物材料。表面生物活性化能够进一步改善NiTi合金的表面状态 ,提高其生物相容性。本文对NiTi合金生物相容性、表面生物活性化的工艺进行了综合评述 ,并对表面生物活性化的发展方向进行了探讨     

多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性及其医用前景

讨论了多孔NiTi形状记忆合金的生物医学特性，尤其是其多孔性带来的诱导骨组织长入的特性，使植人物与人体骨组织的结合更加牢固可靠。阐述了多孔NiTi合金适于植入的力学性能，如形状记忆效应、高的抗压、抗弯强度和与骨组织接近的弹性模量，探讨了其在人体骨组织修复和替换方面的应用前景。     

Microstructure and Mechanical Properties of NiTi Shape Memory Alloys by In Situ Laser Directed Energy DepositionEI北大核心CSCD

以Ni粉与Ti粉为原料,采用激光定向能量沉积(LDED)技术制备NiTi形状记忆合金。利用XRD、物相拟合、SEM、EDS和DSC等测试方法,对NiTi合金的显微组织、物相含量和物相转变进行分析,随后采用压缩圆柱样品进行形状记忆效应测试,并评估其形状记忆效应。激光能量密度较低时,NiTi合金中产生大量Ni_(4)Ti_(3)相沉淀,随着激光能量密度增加,Ni_(4)Ti_(3)相消失。激光能量密度为20.0 J/mm^(2)时,NiTi合金具有2878 MPa的压缩断裂强度与34.9%的压缩失效应变,且样品在循环20 cyc后具有88.2%形状记忆恢复率。     

In situ synthesis of nanostructured titania film on NiTi shape memory alloy by Fenton＇s oxidation method

Fenton＇s oxidation method was successfully used to synthesize an ideal titania film in situ on NiTi shape memory alloy（SMA） for medical applications. Characterized with scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffractometry, inductively coupled plasma mass spectrometry and electrochemical tests, it is found that the titania film produced by Fenton＇s oxidation method on NiTi SMA is nanostructured and has a Ni-free zone near its top surface, which results in a notable improvement in corrosion resistance and a remarkable decrease in leaching of harmful Ni ions from NiTi SMA in simulated body fluids. The improvement of effectiveness to corrosion resistance and the reduction in Ni release of NiTi SMA by Fenton＇s oxidation method are comparable to those by oxygen plasma immersion ion implantation reported earlier.     

Effect of surface preparation on corrosion properties and nickel release of a NiTi alloy

Surface preparation is potentially important to the corrosion and biomedical properties of NiTi shape memory alloys.The effect of surface preparation on corrosion properties and nickel release of a Ti-56 wt.%Ni alloy has been studied.Surface of the NiTi coupons were prepared by four methods, namely, chemical etching, electropolishing, mechanical polishing and oxidizing, and then examined by corrosion test system.Furthermore, the Ni ion releases from NiTi samples with different surface preparations dipped in 1% HCl solution were analysed.Compared with the surface after chemical treatment, mechanical polishing and thermal oxidation, electropolished surface has better corrosion resistance and less nickel release for not only its lower surface roughness, but also the composition and property of its surface film.     

形状记忆与超弹性镍钛合金的发展和应用

回顾了镍钛合金自1963年发现形状记忆效应至今40年的发展历程、应用领域和产业状况.镍钛合金具有优良的力学性能、腐蚀抗力、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点,其应用范围涉及航空、航天、机械、电子、化工、能源、建筑等工程领域、民用和医学领域.纵观全球记忆合金产业,国外主要高利润经济增长点正逐步从工业产品和民用产品转变到超弹性介入医学产品,从原材料→半成品→成品已经形成良好的产业链,正进入蓬勃发展时期.国内记忆合金产业刚刚兴起,理论研究和应用基础研究的基础不错,应加强企业之间的合作,避免恶性竞争,共同推进镍钛合金高技术产业的健康发展.     

Microstructural and corrosion resistance characterisation of NiTi shape memory alloy modified at low-temperature plasma with carbon coatings produced via RFCVD and IBAD methods

ABSTRACT

NiTi shape memory alloy, both before and after low-temperature oxynitriding under glow discharge conditions combined with the production of a nano-sized outer carbon coating, was investigated. The study compares two types of carbon coatings: produced via the RFCVD (radio frequency chemical vapour deposition) and IBAD (ion beam-assisted deposition) methods. The latter was also enriched by randomly distributed silver nanoparticles. The study showed slight changes in roughness parameters and increased corrosion resistance after surface treatment processes. The largest impedance module and corrosion potential and the smallest density of corrosion current were achieved for samples with a carbon coating produced via the RFCVD process. The presented surface modifications using hybrid processes can extend the use of NiTi alloy in medicine due to the increased biocompatibility.