Desempenho e processamento da liga de níquel-titânio na aplicação de dispositivos médicos
2024-01-31
O níquel-titânio binário é agora a matéria-prima preferida para muitos dispositivos médicos, mas fabricar ligas de níquel-titânio na forma desejada com uma superfície lisa apresenta desafios. Além disso, o desempenho do binário ainda precisa ser melhorado, especialmente em termos de opacidade à radiação, superelasticidade e limite de fadiga. Serão explorados novos métodos de desenvolvimento de ligas de níquel-titânio relacionadas a vários equipamentos e suas melhorias de desempenho e tecnologias avançadas de fabricação.
1. Ambiente
No entanto, devido ao aumento significativo dos dispositivos implantáveis com a redução das especificações físicas, a necessidade de melhorar ainda mais a opacidade à radiação, resistência à compressão, fadiga e compatibilidade da série de ligas de níquel-titânio também aumentará. Como a fusão e forjamento de lingotes são principalmente usados para produzir barras, fios, fitas amorfas e tubos para dispositivos médicos, a liga de níquel-titânio é um tema que deve ser tratado.
2. Fusão de lingotes
A fusão da liga de níquel-titânio e o forjamento de lingotes para usinagem de precisão de nível médio estão relacionados aos seguintes desafios:
Sensibilidade à contaminação por oxigênio e carbono
Requisitos rigorosos de controle de composição
Padrões reduzidos de contração microscópica e macroscópica durante a solidificação
Prevenção de resíduos de materiais não metálicos
Muitos processos de fundição usados para ligas de titânio também são eficazes para NiTi. Atualmente, o processo comum para ligas de memória de forma NiTi é a fusão por indução a vácuo (VIM) para a produção inicial da liga, seguida pela fusão por arco elétrico a vácuo (VAR) para melhorar a uniformidade da microestrutura. A contração é função das características do diagrama de fases e da velocidade de solidificação; velocidades de resfriamento mais rápidas favorecem espaçamentos menores entre gêmeos, o que equivale a menos contração. Deve-se notar que para ligas com teor de níquel acima de 55,0% em peso, um erro de 1% na proporção relativa de níquel ou titânio pode causar uma variação na temperatura de transformação de cerca de 100°C, e as técnicas analíticas não conseguem prever com precisão essa temperatura.
Embora o sistema de fusão preferido para ligas de níquel-titânio atualmente seja VIM-VAR, o processo de fusão por indução a vácuo pode produzir lingotes de pureza ainda maior. Nesse processo, o cadinho tem uma geometria muito distinta, parecida com uma coroa, com uma base refrigerada a água e pilares laterais feitos de hastes quadradas refrigeradas a água, espaçadas aproximadamente pela metade do diâmetro da haste. O cadinho é envolvido por bobinas eletromagnéticas, e todo o conjunto pode ser inclinado para despejar o metal fundido em moldes dentro da câmara de vácuo. Durante a fusão da liga de níquel-titânio, uma fina camada de metal solidificado se forma na base e nos pilares do cadinho, limitando o banho fundido dentro do cadinho ou invólucro já fundido, evitando a interação entre cadinho e banho e reduzindo significativamente a mistura de contaminantes no banho fundido.
Composições de níquel-titânio menos sensíveis a variações de temperatura, como NiTiCu e NiTiNb ternários, podem ser usadas. No entanto, a adição de Cu pode causar fragilidade térmica, um problema na transformação térmica, enquanto Nb amplia o atraso da transformação. Existem muitas possibilidades de ligas de níquel-titânio que podem reduzir a sensibilidade à composição e melhorar a superelasticidade, o que levará a um processo de lingotamento melhor.
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