白雪[1]2003年在《TiNi形状记忆合金医用内支架力学性能研究》文中进行了进一步梳理随着形状记忆合金开发应用的不断深入和介入医学的不断发展，TiNi形状记忆合金医用内支架的研究已经成为形状记忆合金应用开发的一个重要领域。本论文对TiNi形状记忆合金丝和TiNi形状记忆合金医用内支架作了系统的研究和分析，为TiNi形状记忆合金医用内支架的临床应用提供了详实的数据。本论文取得的主要成果如下： 1．对TiNi形状记忆合金丝进行了拉伸试验，取得了TiNi形状记忆合金医用内支架建立力学分析模型的弹性模量参数，计算了弹性模量的均值、方差、估计量等，并计算了弹性模量置信度为95％时的置信区间，为支架力学模型的参数计算提供了依据。 2．根据TiNi形状记忆合金丝材拉伸试验数据，绘制了F-S散点图，对拉伸曲线做了二次曲线拟合、二次曲线分段拟合、直线分段拟合以及分段经验直线回归，并进行了单因素方差分析，在所得结果中以二次曲线分段拟合为最好；根据应力应变数据绘制了σ-ε散点图，对应力应变关系作了简化，首次提出了一个全新的TiNi形状记忆合金丝材拉伸应力应变三段直线模型。 3．提出了一系列TiNi形状记忆合金医用内支架的力学性能指标，并且给出了这些指标的标准和测试的具体方法。 4．使用VSAP建立了TiNi形状记忆合金医用内支架的系列力学模型，对若干个模拟支架在人体中受力的典型算例进行了计算，针对计算结果绘制了位移图，在理论上对TiNi支架的应用作了分析。 5．以CNE1880HL食管支架为例，对支撑力指标进行了理论计算，并与试验结果作比较，表明TiNi形状记忆合金医用内支架支撑力试验的结果与其理论计算基本一致，能够满足实际应用的要求。
米绪军[2]2000年在《形状记忆合金医用内支架的系统研究》文中认为随着形状记忆合金研究和应用开发的不断发展和对TiNi形状记忆合金生物相容性认识的不断深入,TiNi合金医用内支架的研制和应用已经成为形状记忆合金应用开发的重要领域之一。本论文对形状记忆合金内支架进行了系统的材料研究、结构分析和动物试验研究。取得的主要成果如下:1.首次研制出针对内支架丝材编织结构的细丝拉伸试验装置并应用该试验装置研究了内支架用TiNi细丝的力学性能以及模拟体液中的应力腐蚀对丝材性能的影响。结果表明,在接近人体胃液的酸度环境中,应力腐蚀明显降低支架丝材的应力平台值和延伸率(c=0.1)。微观研究表明经热处理后在材料表面形成的氧化膜的破裂以及由此形成的表面微裂纹是降低丝材力学性能的主要因素。2.首次应用线弹性力学方法建立了支架径向强度的数学模型。计算表明,网格支架的直径、丝材直径、编织半角、头数和支架长度以及Z型支架的直径、丝径、头数和端角是影响支架强度的重要因素。以支架的强度和其它临床要求为衡量指标比较了网格支架和Z型支架的临床应用性能。3.首次研制出测量支架径向强度的液压试验装置并通过该装置测量了不同参数的TiNi支架的径向强度,以此为基础验证了计算支架径向强度的数学模型。4.材料的表面研究表明,采用500℃温度下的记忆处理时材料表面的氧化遵循对数规律,在常用的处理制度下形成的氧化膜厚度一般不超过300μm,氧化膜成分以Ti的氧化物为主。氧化膜的形成有助于降低电化学腐蚀的钝化电流,但其钝化区明显减小。在胃液的酸度环境中,带氧化膜的TiNi合金的镍离子析出速率高于机械抛光合金的镍离子析出速率。5.内支架治疗腹主动脉瘤的动物试验研究表明,TiNi合金血管内支架具有良好的生物相容性,合金丝周围无明显炎性细胞浸润,内弹性膜完整。TiNi合金网格支架具有整体性好、易于置入、恢复性好等优点。应用于治疗腹主动脉瘤时,其治疗作用和腹主动脉瘤的瘤颈长度有关。
聂红林[3]2008年在《NiTi形状记忆合金在血管支架应用中的初步研究》文中研究表明NiTi形状记忆合金由于具有出色的形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)效应而倍受人们关注。因其具有可恢复应变大、输出应力高、生物相容性好等显著优点,因此将NiTi支架的介入治疗技术引入心血管治疗是极具发展前景的方向之一。本文着眼于工业化实际应用效果,对支架的性能进行了相关研究。本文首先采用商用NiTi合金丝研究了热处理工艺对近等原子比NiTi合金的超弹性的影响。结果表明:NiTi支架的热处理工艺的目的主要是实现支架段的定型和提高机械性能;NiTi丝的热处理要求第二次热处理需要采用比第一次更高的温度或更长的时间。这是由于NiTi原丝内部存在较大的冷加工储能,当第一次热处理时,该储能提供了定型时晶格移动所需能量;第二次热处理时冷作储能已经消失,因此需要更多的能量来达到定型效果,表现为热处理时需采用更高的温度或更长的时间。结合支架段的实际制作及使用要求,确定480℃×5min+500℃×5min为最优的热处理参数。其次讨论了不同表面处理方式对NiTi丝抗疲劳腐蚀性能的影响。结果表明:在几种表面处理方式中电化学抛光显著改善表面质量,提高NiTi合金试样的疲劳寿命;与酸洗、机械处理及热氧化处理后的表面相比,NiTi合金电化学抛光表面具有更好的耐蚀性能。本文最后采用有限元分析软件MSC.MARC对一种商用支架设计的应变进行了模拟,得到以下结论:由于结构不同,支架各部分的应变不尽相同,最大应变均出现在支架段的弓部;变高支架段出现的应变较大,且最大应变易出现在长边与短边的交界处;对于释放后进入工作状态的支架,裸段的应变最小,而小波段和主体段的应变量较大,其中以小波段最大;交互应变越大,支架的疲劳性能越差。
佚名[4]2010年在《CRTER杂志放射科方面生物材料研究的发稿方向》文中指出○气道内金属支架植入疗法在支气管结核治疗中的应用○经纤维支气管镜球囊定位及生物材料填塞治疗顽固性气胸○镍钛合金支气管封堵器的研制及其实验研究○镍钛记忆合金支架治疗气道狭窄的临床应用○形状记忆合金医用内支架的系统研究○记忆镍钛合金支架在气管狭窄中的应用
张佩华, 王文祖, 陈南梁[5]2002年在《针织医用金属内支架的编织工艺研究》文中提出在自行设计研制的小口径针织机上 ,从牵拉张力、弯纱深度、给丝张力等方面探讨了针织医用金属内支架的编织工艺对支架形态的影响规律 ,揭示了编织规律和不同编织工艺条件下的较佳值。
洪海侠[6]2013年在《凝胶注模成形制备多孔NiTi合金的研究》文中认为摘要：多孔NiTi合金由于具有特殊的形状记忆效应、优良的超弹性、良好的生物相容性等优点,在医用植入材料领域具有广泛的应用前景。然而形状复杂的多孔NiTi移植体存在制备加工困难,成本高等问题,制约了它的广泛应用。本文以镍粉与钛粉为原料,借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差热热重分析(DSC-TG)等先进检测手段,采用凝胶注模成形技术制备多孔NiTi合金,重点研究了NiTi浆料的制备与成形、NiTi生坯的干燥与脱脂、坯体的烧结这三个方面的内容。结果表明：(1)采用凝胶注模成形技术成功实现了多孔NiTi合金的近净成形。在1050℃高真空烧结2-4小时的烧结工艺下,制备的多孔NiTi合金主相为NiTi相、抗拉强度为144.32～196.55MPa、抗压弹性模量为16.86～19.68GPa、孔隙率为37.05%～44.85%、孔径尺寸为20～200μm,满足作为医用植入材料的基本要求,解决了复杂形状多孔NiTi合金加工难、成本高的问题。(2)温度的升高、引发剂及催化剂加入量的增加均能明显缩短固化时间。当温度为60℃-70℃,引发剂加入量为单体质量的0.4%-0.6%,催化剂加入量为0.4%-0.6%时,可将浆料固化时间控制在4min-6min之间,实现可控固化之目的。(3)以价格相对低廉的TiHH2粉末代替Ti粉,在最佳烧结工艺条件下,制备出了主相为NiTi相、抗压强度为128.78MPa、弹性模量为15.46GPa,孔隙率为48.5%、孔隙尺寸为14.01～224.38μm的多孔NiTi合金,进一步降低了制备成本。
刘晓鹏[7]2007年在《NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究》文中认为NiTi形状记忆合金是一种功能材料,集形状记忆效应、超弹性和良好的生物相容性于一体,在医学领域显示出诱人的应用前景。NiTi合金作为介入医疗器械的工作原理绝大多数是利用其良好的非线性超弹性。而在NiTi合金医用器械生产时,通常要经过管材拉拔、板材轧制以及后续热处理等过程。如何调节材料的微结构、相变温度和力学性能,以保证其在体温下获得最佳的超弹性并满足医用需求是当前需要解决的问题。针对上述问题,本文研究了冷轧再结晶织构特征对材料超弹性相变应变的影响;研究了强磁场中温时效富镍NiTi合金对Ti_3Ni_4析出相变体生长取向及力学性能的影响;研究了NiTi合金编织支架的定型处理工艺,并在此基础上对支架单元的力学性能响应曲线进行了有限元模拟。主要结论如下:NiTi合金经30%冷轧变形后,在400℃退火后开始回复,600℃完全再结晶。大变形产生较高的位错密度抑制了马氏体相变的发生,直到400℃和500℃退火处理后样品发生B2←→R←→B19'二阶相变,600℃完全再结晶后样品发生B2←→B19'一阶相变。在冷轧-回复-再结晶过程中,NiTi合金的织构组分发生显著变化。冷轧后为{223}<110>织构和(322)面织构,经300-500℃退火后转变为近{111}面织构和(132)[023]织构,完全再结晶后转变为近{122}<223>织构。再结晶退火后NiTi合金的力学性能存在各向异性,其超弹性相变应变受材料的织构特征和再结晶晶粒尺寸影响显著。Ti-50.6 at.%Ni合金经500℃时效2.5 h后,Ti_3Ni_4相主要沿晶界析出,不同磁感应强度下时效后样品均发生三阶段相变,包括晶界附近发生的B2←→R、R←→B19'两阶相变和晶粒内部发生的B2←→B19'单阶相变,强磁场的施加并未改变Ti_3Ni_4析出相的形核位置。但磁场力的作用改变了析出相变体的局部应变,造成了Ti_3Ni_4相变体的选择性生长,即易于沿着平行于磁场合力方向析出生长,同时抑制了其它取向变体的生长;部分相互平行且相邻的Ti_3Ni_4相发生相互搭接而生长成一体。强磁场施加造成Ti_3Ni_4析出相变体选择性生长,减少了晶界附近析出相变体的数量,造成时效处理后B2←→B19'的相变温度随磁感应强度的增加而降低,同时由于析出相定向分布导致材料力学性能产生各向异性。对于超弹性NiTi合金编织支架单元来讲,定型温度是影响其定型效果的主要因素。满足支架单元定型要求的温度在450-550℃之间,经500和550℃时效处理后的定型效果最为稳定,与预期夹角差值不超过3°。定型处理对材料的相变温度A_f影响较大,随时效时间的延长,A_f温度呈增加趋势,且在400℃时效时达到峰值。体温测试时,平台应力随着时效时间延长而降低,且除500、550℃时效120 min和180 min的样品外,其它样品均具有非常好的可回复性能。针对此材料成分、定型结构的NiTi合金编织支架单元,推荐选取500℃作为定型处理温度,为了获得最佳的定型效果和力学性能,定型时间不宜超过60 min。利用有限元方法对最佳定型处理工艺的支架单元进行数值模拟,获得其在压缩-释放过程中的力学性能响应曲线。模拟结果很好的表征了支架单元的实际变形过程,当支架单元的拉、压系数比α取值为0.16时,模拟结果与实测结果吻合最好。在α取值一定时,随着时效时间的延长,支架单元的刚度降低,其在压缩过程中受到的最大力降低,循环过程中弹性能储存效率也相应降低。这表明在确定适宜的定型温度后,适当的延长定型时效时间可以降低支架单元的刚度,提高其柔顺性。
裴丽丽[8]2008年在《生物医用TiNi形状记忆合金的制备及性能研究》文中进行了进一步梳理TiNi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。本文首先对生物医用材料的研究发展状况进行了概述,重点探讨了TiNi形状记忆合金在医学中的应用及其耐蚀性和生物相容性问题。通过研究热处理温度对TiNi形状记忆合金的组织及力学性能的影响,确定了合金丝的加工工艺。生物医用材料的生物相容性与其表面的状态密切相关,通过表面改性能够进一步改善TiNi形状记忆合金的表面状态,提高其生物相容性。本研究采用磁控活化溅射的方法在TiNi形状记忆合金表面沉积了TiO2薄膜,对比试验验证了覆膜TiNi形状记忆合金优良的耐蚀性及血液相容性。得到如下结论：(1)从不同退火温度TiNi形状记忆合金的组织照片上看出,晶粒呈等轴状,均匀分布。由计算可知试样在650℃退火时组织的晶粒度级别最高,晶粒最细；(2)根据试验所得TiNi形状记忆合金拉伸曲线,验证了TiNi形状记忆合金良好的力学性能。退火处理的最佳温度为650℃,可以得到937MPa的最高断裂强度,44.5%的最高伸长率和40.55%的最高断面收缩率,因此获得了最佳的强韧性能配合,符合作为生物医用材料的要求；(3)扫描电镜观察覆膜TiNi形状记忆合金断面形貌,结果表明该氧化膜分布均匀与基体结合紧密,它的主要成分为TiO2；(4)对合金进行1000次的弯曲疲劳试验之后,膜层没有脱落和掉皮现象,证明该氧化膜与基体的结合力很好；(5)对比试验验证了覆膜试样比TiNi形状记忆合金裸丝对模拟人体体液具有更好的耐蚀性能；弯曲疲劳后覆膜TiNi形状记忆合金的腐蚀电位与未进行疲劳试验的材料比较变化不大,说明其耐蚀性能仍然较好,从而适合生物医学领域的应用；(6)在相同测试条件下,与传统医用316L不锈钢相比,覆膜TiNi形状记忆合金的凝血酶时间和血浆复钙时间均比前者长,表面黏附的血小板发生变形和聚集的程度均比前者轻,表明其对内源凝血因子的激活程度较小、抗凝血性能更好。
张怡[9]2014年在《医用NiTi丝的焊接工艺与性能研究》文中研究表明NiTi合金是近二、三十年发展起来的一种新型医用材料，在介入医疗科学领域（微创手术医疗科学领域）已经得到广泛的应用。目前，NiTi合金类产品的成分设计和制备工艺日趋成熟，并已进入实用阶段，但NiTi合金的连接方式并没有取得突破性进展，成为亟需攻克的难题。本文采用脉冲激光焊接技术对NiTi合金丝进行搭接焊接技术工艺及性能研究，通过正交试验设计分析了焊接工艺参数（包括：工作电流、脉宽、频率、离焦量、保护气体流量等）对焊接接头性能的影响，焊接完成后采用不同工艺对焊接接头进行了焊后热处理。采用SEM、EDS等手段分析了焊接接头及焊后热处理对焊接接头组织形貌的影响；借助电化学试验分析了焊接接头的腐蚀性能；通过拉力试验、疲劳试验分析了焊接接头的力学性能，并与母材进行比较，得出脉冲激光点焊工艺的可能性。主要结论如下：（1）根据正交试验得出NiTi合金丝激光点焊时需选择小电流、大脉宽、负离焦量，同时采用Ar气保护；激光点焊接头的熔化区由树枝晶组成，热影响区由柱状晶组成，母材由细小的等轴晶组成；激光点焊接头中碳化物的数量明显少于母材；接头的抗拉强度和延伸率低于母材；在室温时，接头的抗拉强度可达母材的84％，接头和母材的残余应变为分别为1.8％和1.2％，接头性能降低的原因是由于激光焊接所形成的柱状晶。（2）NiTi合金激光焊接组织的耐蚀性比母材好。由于激光焊接组织中夹杂物的数量较少，表面易形成均匀、连续的钝化膜，从而提高了NiTi合金的耐蚀性。在相同条件下，NiTi合金激光焊接组织的钝化电位区间比母材的大，击穿电位比母材的高。（3）NiTi合金激光点焊接头具有较好的超弹性疲劳性能。在加载卸载循环时，尽管开始时接头的残余应变比母材的大，但随着循环次数的增加，残余应变趋向稳定。（4）退火温度对激光点焊接头的性能有影响。随着退火温度的升高，抗拉强度及平台应力均降低，残余应变增大。随着退火时间的延长，屈服应力和断裂强度都降低，残余应变减小。
尹大宇[10]2011年在《钽涂层对生物医用钛合金抗腐蚀性能影响的实验研究》文中研究表明20世纪70年代以来,随着生物医学材料学的发展及冶金铸造技术的提高,医用钛合金以其优良的生物相容性、密度小和弹性模量低等特点作为人体植入材料而被应用于关节外科、矫形外科及创伤外科等骨科学领域,其中以Ti-6Al-4V合金(TC4)和NiTi形状记忆合金(NiTi SAM)最为常见,以其为基材制成的人工关节假体、骨折内固定器及矫形器械在临床上被大量使用,成为最具代表性的生物医用金属材料。然而,长期的临床应用发现这二种合金材料的抗腐蚀性能并未达到理想水平,植入人体后,在体液中会发生腐蚀反应,不仅降低了其力学和机械性能,产生植入体断裂、松动等问题以致植入失效,而且溶入体液的Al、V、Ni等离子对周围组织会产生一定的毒副作用。因此,医用钛合金的抗腐蚀性能研究对于保障其在人体的安全使用具有十分重要的现实意义。近年来,金属钽以其优良的抗腐蚀性能、稳定的生物学特性和独特的结构性质引起生物医学界的广泛关注,钽制人工骨小梁、颅骨修复体、心脏起搏器等已经在临床应用中获得成功,如果将钽作为涂层材料喷涂于钛合金表面制成生物医用复合材料,从而弥补钛合金抗腐蚀、耐磨损能力差的缺点,就会大大提高钛合金植入体的长期生物稳定性。本文通过等离子喷涂技术在Ti-6Al-4V合金和NiTi形状记忆合金试件表面形成钽涂层,对涂层前后的合金试件采用模拟生理环境中的电化学腐蚀测试方法,对比分析抗腐蚀性能的变化情况,为钽涂层钛合金医用复合材料进入临床应用提供实验依据。研究内容与方法1.运用等离子喷涂的方法在Ti-6Al-4V合金表面形成钽涂层,通过硬度计测量涂层材料与合金基体之间的结合强度,然后采用电化学腐蚀测试法在37℃模拟体液环境中测量Ti-6Al-4V合金表面喷涂钽涂层前后的自腐蚀电位(Ecorr)和塔菲尔曲线。初步验证金属钽是否具有提高医用钛合金抗腐蚀性能的作用及成为医用金属涂层材料的可行性。2.通过等离子喷涂技术在NiTi形状记忆合金表面形成钽涂层,采用扫描电子显微镜和EDS能谱分析仪检测涂层表面微形貌及元素组成,用X-射线衍射仪对涂层的晶相结构进行检测;分别在中性和酸性模拟体液环境中通过动电位极化法测量NiTi形状记忆合金表面喷涂钽涂层前后的阳极极化曲线及钽涂层与NiTi合金基底之间的电偶电流密度值。通过上述实验深入研究钽涂层的理化性质及在复杂生理环境中的抗腐蚀性能,为金属钽成为新一代医用金属涂层材料奠定实验基础。研究结果1.通过等离子喷涂技术可以在Ti-6Al-4V合金试样表面涂覆一层厚度为500μm,均匀致密的钽涂层,经硬度计测量可知涂层与合金基体之间的结合强度达到HF1。涂层后Ta/Ti-6Al-4V复合体在中性模拟体液中的自腐蚀电位为+16mV,比Ti-6Al-4V合金的自腐蚀电位(-108mV)高124mV。塔菲尔曲线显示涂层后Ta/Ti-6Al-4V复合体的钝化区间较Ti-6Al-4V合金变长,维钝电流降低,破钝电位增大。2. NiTi形状记忆合金试样表面钽涂层厚度为400μm,扫描电子显微镜观察显示涂层与基体结合紧密,表面光洁呈微晶状,经EDS能谱仪测量可知涂层主要组成元素为Ta及来自基底材料的Ti和Ni,还有少量材料氧化生成的O元素;XRD分析可知合金表面的相组成主要为呈立方晶的单体α-Ta、B2结构NiTi以及Ta涂层氧化生成的Ta_2O和Ta_2O_5。阳极极化曲线显示在中性及酸性模拟体液环境中NiTi SMA经Ta涂层处理后均表现为自腐蚀电位升高,维钝电流密度降低,而极化电阻及破钝化电位增大,实验参数经统计分析显示:NiTi SMA经Ta涂层处理前后的Ecorr、Ip、Rp、Etp值差别显著(P<0.01)。Ta涂层与NiTi SMA基底之间的电偶电流-时间曲线显示电偶电流密度值微小,稳定于μA(10~(-6)A/cm~2)级。结论1.通过等离子喷涂的方法可以在Ti-6Al-4V合金表面涂覆一层厚度为500μm,与基底结合紧密的钽涂层。经电化学测量法测试,钽涂层表面改性处理能有效提高Ti-6Al-4V合金的抗腐蚀性能,为解决生物医用钛合金植入体无菌性松动的问题提供了实验依据。2.采用等离子喷涂工艺在镍钛形状记忆合金表面涂覆一层厚度约为400μm,均匀致密的钽涂层。通过在不同PH值模拟体液环境中的动电位极化法测试,这种表面改性处理能有效提高镍钛形状记忆合金的抗电化学腐蚀性能,而且涂层与基底这二种金属之间不会有电偶腐蚀现象发生,为镍钛形状记忆合金植入体的优化提供了发展方向。
参考文献：
[1]. TiNi形状记忆合金医用内支架力学性能研究[D]. 白雪. 北方工业大学. 2003
[2]. 形状记忆合金医用内支架的系统研究[D]. 米绪军. 北京有色金属研究总院. 2000
[3]. NiTi形状记忆合金在血管支架应用中的初步研究[D]. 聂红林. 上海交通大学. 2008
[4]. CRTER杂志放射科方面生物材料研究的发稿方向[J]. 佚名. 中国组织工程研究与临床康复. 2010
[5]. 针织医用金属内支架的编织工艺研究[J]. 张佩华, 王文祖, 陈南梁. 东华大学学报(自然科学版). 2002
[6]. 凝胶注模成形制备多孔NiTi合金的研究[D]. 洪海侠. 中南大学. 2013
[7]. NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究[D]. 刘晓鹏. 大连理工大学. 2007
[8]. 生物医用TiNi形状记忆合金的制备及性能研究[D]. 裴丽丽. 东北大学. 2008
[9]. 医用NiTi丝的焊接工艺与性能研究[D]. 张怡. 西安石油大学. 2014
[10]. 钽涂层对生物医用钛合金抗腐蚀性能影响的实验研究[D]. 尹大宇. 第四军医大学. 2011
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