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NiTi50鎳鈦形狀記憶合金 生物醫療 傳感器 變形金屬

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鎳鈦合金,又稱為記憶合金或SMA(Shape Memory Alloy),是一種具有形狀記憶能力的金屬材料,伸縮率在20%以上,疲勞壽命達1*10的7次方,阻尼特性比普通的彈簧高10倍,其耐腐蝕性優于最好的醫用不銹鋼,因此可以滿足各類工程和醫學的應用需求,是一種非常優秀的功能材料。在特定的溫度條件下,可以表現出記憶性能和超彈性,且具有生物相容性、耐磨性、耐腐蝕性等特性,因此廣泛應用于航空航天、能源工程和生物醫學等領域。

材料特性

鎳鈦合金其主要材料性能包括以下幾個方面:

1、形狀記憶效應:這是鎳鈦合金的核心特性。 形狀記憶是當一定形狀的母相由Af溫度(鎳鈦合金的相變溫度)以上冷卻到Mf溫度(馬氏體轉變溫度)以下形成馬氏體后,將馬氏體在Mf以下溫度形變,經加熱至Af溫度以下,伴隨逆相變,材料會自動恢復其在母相時的形狀。實際上形狀記憶效應是鎳鈦合金的一個由熱誘發的相變過程。

2、超彈性鎳鈦合金具有極強的超彈性,其彈性可以達到8%,遠高于普通金屬材料。這種超彈性使得鎳鈦合金在承受較大應力時能夠發生馬氏轉變,從馬氏體變為奧氏體,從而吸收大量能量并變形,當應力去除后,又能夠恢復到初始形狀。鎳鈦合金展示的超彈性,使其在醫學領域用途廣泛。

3、耐磨耐腐蝕性:鎳鈦合金表面會形成一層致密的二氧化鈦 (TiO2) 氧化膜,起到物理和化學屏障的作用,從而使鎳鈦合金具有優異的抗腐蝕性,有研究表明鎳鈦絲的抗腐蝕性能與不銹鋼絲相仿。由于鎳鈦合金超彈性及馬氏體自適應行為、良好的應變硬化能力和抗疲勞性使它的耐磨性能高于一般材料。

4、生物相容性:在生物相容性方面,與臨床參考對照材料AISI 316L不銹鋼相比,鎳鈦沒有細胞毒性、神經毒性、遺傳毒性或過敏性,且鎳鈦的應力-應變行為與骨骼和肌腱非常相似,因此使用鎳鈦可以縮短愈合時間,減少對周圍組織的創傷,且能夠與人體組織兼容,不會引起明顯的排異反應或過敏反應。這使得它可以安全的用于制造各種植入體和醫療器械,如植入物、支架、導管等。

5、抗毒性:鎳鈦形狀記憶合金是一種鎳鈦等原子合金,含約50%的鎳,而已知鎳有致癌和促癌作用。一般情況下,表面鈦氧化充當了一種屏障,使Ni-Ti合金具有良好的生物相容性,表面層的TixOy和TixNiOy能抑制Ni的釋放。

6、高強度和低密度:鎳鈦合金具有高強度和輕量化的特點,能夠提供足夠的強度同時保持器械和植入物的輕量化。這使得它在制造需要強度和輕量化的醫療器械和植入物時非常有用。


 
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