Mae cymwysiadau meddygol llwyddiannus o aloion NiTi yn dibynnu ar reolaeth dynn o'r broses weithgynhyrchu gyfan, oherwydd gellir trosglwyddo diffygion i'r cynnyrch terfynol. Mae yna nifer o safonau ar waith yn hyn o beth, gan gynnwys ASTM F2063, sydd nid yn unig yn cyfyngu ar y cynnwys ocsigen a nitrogen mewn aloion nicel-titaniwm gradd feddygol i 500 rhan y filiwn (ppm), ond hefyd nicel a ddefnyddir wrth gynhyrchu meddygol- offer gradd. Mae maint mwyaf y cynhwysiant mewn toddi aloi titaniwm wedi'i gyfyngu i 39 μm. Bydd yr adran hon yn edrych ar y gwahanol gamau a dulliau gweithgynhyrchu Nitinol, gan amlygu eu pwysigrwydd, eu manteision a'u hanfanteision, a'u haddasrwydd ar gyfer prosesu Nitinol gradd feddygol.
01.Castio/smeltio broses
Oherwydd ei gynnwys titaniwm uchel, mae nitinol tawdd yn adweithiol iawn a rhaid ei brosesu mewn gwactod. Prosesau castio yw'r rhai mwyaf cyffredin ar gyfer gweithgynhyrchu aloion NiTi ac maent yn cynnwys toddi ymsefydlu gwactod (VIM), ail-doddi arc gwactod (VAR), toddi trawst electron a thoddi arc plasma (PAM). Ymhlith y pedwar dull hyn, mae aloion nicel-titaniwm yn cael eu cynhyrchu'n bennaf gan VAR lluosog neu VIM yn gyntaf ac yna VAR. Mae'r adran hon yn trafod y dulliau hyn yn fyr, tra bod Tabl 1 yn amlygu eu manteision a'u cyfyngiadau. Yn ogystal, fel y dangosir yn Nhabl 2, gan fod hwn yn adolygiad o aloion NiTi ar gyfer cymwysiadau gradd feddygol, cynhaliwyd dadansoddiad addasrwydd hefyd yn seiliedig ar sensitifrwydd i garbon ac ocsigen, unffurfiaeth, a chyfansoddiad cemegol, gan y byddai'r ffactorau hyn yn effeithio ar ansawdd yr aloi. ac felly ei berfformiad.
Tabl 1. Manteision a chyfyngiadau dulliau gweithgynhyrchu castio/toddi Nitinol.
Tabl2. Cymharu dulliau yn seiliedig ar addasrwydd ar gyfer prosesu aloion NiTi ar gyfer cymwysiadau meddygol.
01.1. Toddi ymsefydlu gwactod (VIM)
Mae'r VIM yn cynnwys crucible graffit tawdd wedi'i gadw o fewn cragen ddur ac wedi'i gysylltu â gwactod. Pan gyflwynir ceryntau trolif i'r crucible graffit a gwefrau metel, cynhyrchir grymoedd electrodynamig sy'n helpu i droi a chymysgu'r tawdd. VIM yw'r broses a ddefnyddir fwyaf ar gyfer cynhyrchu masnachol o aloion NiTi. O'i gymharu â phrosesau toddi gwactod eraill, mae'n darparu mwy o hyblygrwydd a gwell rheolaeth ar unffurfiaeth a chyfansoddiad aloi trwy reolaeth annibynnol ar amser, pwysau, tymheredd a throsglwyddo màs trwy droi toddi. Fodd bynnag, gan fod crwsiblau graffit yn cael eu defnyddio, maent yn agored i halogiad carbon. Mae lefelau amhuredd carbon nodweddiadol rhwng 300 a 700 ppm, er gyda rheolaeth ofalus, mae ingotau â lefelau carbon rhwng 200 a 500 ppm yn bosibl.
01.2. Aildoddi bwa gwactod (VAR)
Mewn ail-doddi arc dan wactod, mae electrodau traul neu annefnyddiadwy yn cael eu hail-doddi'n barhaus gan ddefnyddio arc mewn amgylchedd gwactod. Mae toddi VAR yn cynhyrchu aloion purdeb hynod o uchel ac felly gellir eu defnyddio i wella glendid a strwythur ingotau VIM. Fodd bynnag, nid yw'r ingot cyfan yn cael ei doddi ar yr un pryd ac efallai y bydd angen toddi lluosog i gyflawni'r unffurfiaeth a ddymunir.
01.3. Toddi Arc Plasma (PAM)
Yn y broses toddi arc plasma, mae'r metel elfennol mewnbwn yn cael ei roi mewn crisialydd copr wedi'i oeri â dŵr ac yna'n cael ei gludo gan droellog o dan y llosgydd plasma argon. Mae'r dull hwn yn dileu halogiad a achosir gan ddefnyddio crucibles ffwrnais ymsefydlu gwactod. Felly, mae gan yr aloi nicel-titaniwm a gynhyrchir gan PAM Company purdeb uwch a gwell ymwrthedd cyrydiad na'r aloi nicel-titaniwm a gynhyrchir gan VIM Company. Mae ganddo hefyd gynhwysiant llawer llai, fel y dangosir yn Ffigur 3 . Fodd bynnag, mae ganddo unffurfiaeth is ac mae angen fflachlampau PAM lluosog i gyflawni unffurfiaeth tebyg i VIM.
Ffigur 3. Delweddau PAM (a) a VIM (b) SEM o wialen Ni50.8Ti49.2 wedi'u rholio'n boeth ac wedi'u hanealio'n llawn. Pwyntiau saeth i gynhwysiant nodweddiadol gr4.
01.4. Toddi pelydr electron
Yn y dull hwn, mae ingot crwn a baratowyd mewn ffwrnais anwytho gwactod yn cael ei doddi trwy wresogi electronig gyda gwactod llawer uwch (10 ^ (-2) Pa) na VIM (10 Pa). Ynghyd ag absenoldeb crucible, mae'r risg o halogiad carbon pellach yn cael ei ddileu ac mae ansawdd toddi yn dibynnu ar ansawdd ingot. Mae EBM yn bur iawn gyda chynnwys ocsigen mor isel â 70 ppm (4-10 gwaith yn is na VIM).
01.5. Crynodeb o'r broses doddi
Yn ystod y broses doddi, rhaid cymryd gofal mawr i sicrhau bod ffactorau megis cynhwysiant a chynnwys carbon / ocsigen uchel a all effeithio'n negyddol ar yr aloi yn cael eu lleihau. Er enghraifft, mae astudiaethau wedi canfod bod presenoldeb cynhwysiant nid yn unig yn effeithio'n negyddol ar y cynnyrch terfynol ond gall hefyd effeithio ar y broses beiriannu. Er enghraifft, mae astudiaethau wedi dangos y gall cynhwysiant arwain at oes offer byrrach wrth droi aloion NiTi o'i gymharu ag aloion di-gynhwysiant. Mae'n hysbys iawn y gall cynhwysiant anfetelaidd fel carbidau (TiC) ac ocsidau rhyngfetelaidd (Ti4Ni2Ox) achosi methiannau blinder wrth fynd i mewn i ddyfeisiau meddygol aloi NiTi yn ystod y broses doddi. Mae cynhwysiant hefyd yn effeithio ar dueddiad aloion NiTi electropolished i gyrydiad tyllu, gyda maint y cynhwysion yn cael mwy o effaith na nifer y cynhwysiant.
02.Proses meteleg powdr (PM)
Mae prosesau meteleg powdr yn cynnwys prosesau meteleg traddodiadol a phrosesau gweithgynhyrchu ychwanegion (AM). Mae prosesau meteleg powdr traddodiadol yn cynnwys sintro confensiynol (CS), gwasgu isostatig poeth (HIS), sintro plasma gwreichionen (SPS), mowldio chwistrellu metel (MIM) a synthesis tymheredd uchel hunan-luosog (SHS). Ar y llaw arall, mae prosesau PM gweithgynhyrchu ychwanegion yn cynnwys toddi laser dethol (SLM), siapio rhwyd wedi'i beiriannu â laser (LENS), toddi trawst electron (EBM), a sintro laser dethol (SLS). Dangosir manteision a chyfyngiadau’r prosesau hyn yn Nhabl 4.
Tabl 4. Manteision a chyfyngiadau dulliau gweithgynhyrchu aloi meteleg powdr NiTi.
Er bod y broses castio yn fwy poblogaidd ar gyfer gwneud aloion nicel-titaniwm, yn enwedig ar gyfer cymwysiadau meddygol, mae meteleg powdr wedi profi bod ganddo'r potensial i gystadlu neu hyd yn oed berfformio'n well na chastio mewn rhai meysydd, gan gynnwys lle nad yw arwahanu'n digwydd. Ceir cyfansoddiadau aloi uwch ar dymheredd is, gan arwain at briodweddau ffisegol a mecanyddol isotropig. Mewn gwirionedd, mae'r solidification cyflym (RS) sy'n gysylltiedig â meteleg powdr weithiau'n gwella priodweddau ffisegol a mecanyddol. Mae hyn yn bwysig iawn oherwydd mae'n cael effaith ganlyniadol. Er enghraifft, mae microstrwythur unffurf a dirwy yn gwella eiddo peiriannu, tra bod y hydwythedd a ddarperir gan feteleg powdr yn gwella eiddo gweithio oer a phoeth megis rholio, allwthio a gofannu. Yn gyffredinol, bydd gwelliannau mewn priodweddau materol yn effeithio ar oes silff y cynnyrch. Er mwyn gwella unffurfiaeth yr aloi, mae sintering powdr aloi yn fwy poblogaidd na sintering powdr metel amrwd. Gellir defnyddio meteleg powdr hefyd i reoli tymereddau trawsnewid cyfnod.
Yn fasnachol, mae PM wedi'i ddefnyddio i gynhyrchu aloion NiTi mandyllog. Yn hyn o beth, mae gwahanol ddulliau megis HIP, MIM a SHS yn cyflawni'r prif ragofynion ar gyfer mewnblaniadau NiTi mandyllog. Mae'r gofynion hyn yn cynnwys: mandwlws agored a rhyng-gysylltiedig rhwng 30% ac 80%, maint mandwll rhwng 100 μm a 600 μm, cryfder uchel (o leiaf 100 MPa ar straen 2%)), modwlws Young isel (modwlws Young yn agos at asgwrn canslo (<3 GPa) or cortical bone (10-20 GPa)) and high recovery strain (more than 2% recovery after 8% loading).
Fodd bynnag, mae rhai problemau sy'n rhwystro defnydd llawn o ddeunyddiau meteleg powdr aloi nicel-titaniwm gradd feddygol. Yn gyntaf, mae rheolaeth ocsigen yn her ddifrifol, gan fod gan rannau NiTi meteleg powdr nodweddiadol lefelau ocsigen mor uchel â 3000 ppm. Er y gellir ei leihau i 1500 ppm gyda thrin gofalus, mae effaith y lefel ocsigen hon ar hydwythedd a blinder yn dal i fod yn bryder. At hynny, oherwydd yr arwynebedd agored mawr a grëir gan fandylledd uchel, mae trwytholch nicel yn broblem ddifrifol oherwydd ei allu i achosi effeithiau niweidiol fel alergedd celloedd, genowenwyndra, a sytowenwyndra. Ar ben hynny, mae mandyllau nid yn unig yn lleihau ymwrthedd cyrydiad NiTi, ond hefyd yn effeithio ar ryddhau nicel, sef dwy orchymyn maint yn uwch mewn NiTi mandyllog heb ei drin a wneir gyda SHS nag yn NiTi solet.
Yn ogystal, mae aloion wedi'u sintro yn cynhyrchu aloion â chynnwys ocsid brau uwch (Ti4Ni2Ox:0 < x Llai na neu'n hafal i 1). Yn olaf ond nid lleiaf, mae'r broses densification o bowdr aloi Ni-Ti yn anodd, yn bennaf oherwydd y gwahaniaeth trylededd rhwng nicel a thitaniwm a'r adwaith ffurfio aloi nicel-titaniwm hynod ecsothermig a Ni3Ti, Ti2Ni hylif ewtectig effaith Capilari a achosir gan bresenoldeb.