镍钛合金抗腐蚀性研究

摘要：目前在医学上广泛的使用镍钛合金，这主要是由于它有许多的优势特征，比如其形状记忆特征非常的优秀，而且具有超弹性特征。不过其中存在的镍本身存在细胞毒性特征，导致其抗腐蚀的特征就变得非常的关键。文章重点的分析了它的该项特性的探索措施以及镍钛合金腐蚀的电解质因素、镍钛合金表面结构对镍钛合金抗腐蚀性影响的研究进展。

关键词：镍钛合金；抗腐蚀性；氧化层

最近，使用最为频繁的抗腐蚀的措施是改善其外表的构造，进而得到全新形式的氧化层。事实证明效果非常的优秀，大大提升了其生物相容特征。

1 通过动电位测试活动来检测其抗腐蚀特征

该项测试活动主要的是当金属丝出现点状或者缝隙腐蚀等现象的时候，腐蚀局限在金属电极端的实验利用它可以观察金属合金发生点状或缝隙腐蚀时的表面电流和电压变化情况。结合对电压以及电流变动数值的分析来得出腐蚀有关的数据内容。很多人通过此项实验来分析各种合金外表的应对措施，即机械抛光、电解法抛光、空气中热处理形成的草黄色氧化层、盐浴中热处理形成的蓝色氧化层等处理后的金属作为电极时发生点状或缝隙腐蚀时的电压和电流的变化情况，发现mp的镍钛合金活化电压最低，按照镍钛合金活化电压的高低依次为bo>cp>ep>sco>mp，腐蚀电流密度和腐蚀速率依次为cp

镍钛弓丝的弯制与加热定型

镍钛矫正弓丝的弯制与加热定形文章来源： 2006-7-28 16:32:49 镍钛矫正弓丝的弯制与加热定形临床口腔医学杂志 1999年第3期第15卷临床研究作者：姚森秦葵庆林朝朗单位：姚森、林朝朗361003厦门，解放军174医院口腔正畸中心；秦葵庆北京有色金属研究总院二○二研究室关键词：镍钛丝；弯制；热处理提要目的提出一种弯制镍钛丝的方法，以期对这种高弹性形状记忆钢丝重新定形、加弯制司匹氏曲度及多种微小弯曲。方法利用点焊-加热三用机的加热装置配合热处理钳等，对镍钛丝进行通电加热，从而达到弯制后定形的目的。结论当给镍钛丝加上比A f点高60℃以上的温度时，则相变引起的形状恢复应力超过丝材本身的屈服应力，合金形状记忆特性被部分影响。利用该方法可再次确定镍钛丝的形状，对提高矫治疗效极其有利。 Bending and Heat-molding of Ni-Ti Orthodontic Wires Yao Sen, et al. Center of Orthodontics, 174 Hospital of PLA, Xiamen 361003, Abstract objective Aim of this paper is to introduce a bending method for Ni-Ti orthodontic wire, in roder to remold, put Spee’s curves and other micro-bends to this super-elasticity and shape memory alloy wire.Method To electrify-heat the Ni-Ti wire. with a Heat Treat Device and two Pliers which connected to the Device, in order to bend and remold the Ni-Ti wire.Conclusion When the Ni-Ti wire was heated over 60℃ than point A f, the shape recovery stress caused by the transformation is larger than the bend stress of alloy wire itself, and shape memory characteristic of the alloy was affected partly, so the Ni-Ti wire shape can be changed by the method, this will be useful to satisfying orthodontic results. Key words Ni-Ti wrie Bend Heat treatment

超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材-编制说明

《超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材》编制说明（征求意见稿）一、工作简况 1.1本标准项目涉及的产品简况：本标准针对适用于眼镜架、矫形丝、导引丝、通信天线等用途的超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材产品的化学成分、尺寸、弯曲度、超弹性性能、力学性能、高低倍组织、表面质量等技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存等进行了规定。目前国内钛镍合金生产已具有一定的规模，但与国际相关生产技术相比仍存在差距。在钛镍合金的熔炼技术方面，美国、日本已走在了世界的前列，例如美国 WahCha ng 公司可以生产单锭重量达3吨的钛镍合金铸锭。国内一般采用25kg 或50kg 真空中频感应炉生产铸锭，存在的问题是铸锭规格小、效率低、杂质含量高，产品的成品率仅为 50%左右，不适合规模化生产。国外钛镍合金生产广泛采用将大规格铸锭通过挤压方法生产棒坯料，然后再轧制拉拔成棒丝材的工艺，其先进的生产线主要是采用了连续式高速轧机，精轧采用三辊、四辊定径轧机等，生产线产能较大，但设备复杂，投资较大。我国钛镍合金棒丝材普遍采用与普通钛合金相似的加工工艺，即铸锭锻造开坯后轧制、旋锻、拉拔的工艺，生产规模普遍较小，经济效益低，产品质量和精度与国际先进水平有较大差距，缺乏竞争力。产品生产工艺路线如下图所示：图1超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材生产工艺流程图 1.2任务来源：根据国标委发［2018］60号20192049-T-610，由西安思维金属材料有限公司、有研亿金新材料股份有限公司、有研医疗器械（北京）有限公司承担国家标准《超弹性钛镍形状记忆合金棒材和丝材》的编制工作，计划完成年限为 2019年。 1.3标准项目申报单位简况：西安思维金属材料有限公司于 2012年注册成立，主营业务为钛镍材料和钛及钛合金丝材及深加工产品的研发、生产和销售，主导产品为钛镍合金棒材、丝材、板材及航空航天和工程用钛合金棒丝材两大类产品。公司 2013年经认证成为“陕西省和西安市民营科技企业”、“西安市高新技术企业”， 2014年经认定为“陕西省中小企业创新研发中心”； 2015年被认定为国家“高新技术企业”； 2018年被认定为西安市 TOP100企业及“陕西省科技型中小企业” ；并已通过 ISO 9001-2008、ISO14001-2004 及 GB/T28001-2011管理体系认证。公司目前在研科研项目 15余项，其中获得国家、省、市政府支持的项目 10 余项，获得 2017 年陕西省科技进步三等奖，西安市科技进步一等奖。公司 2012 年至今起草制定国家标准、有色金属行业标准 10 余项。公司依托西北有色金属研究院电热张力矫直［表面磨削 —? 「表面氧化处理 ----------- ? 拉丝成品矫直扒皮，切冒口棒、丝坯旋锻性能检测入库

生物医用钛合金材料的发展概况

生物医用材料钛合金的发展概况及前景生物医用材料的发展生物医用材料在我国起步仅仅20年左右的时间，无论是原始创新的基础研究，还是技术创新性研究，整体水平均落后于发达国家。尽管如此，在国家自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家科技支撑计划等项目的大力支持下，近些年来我国生物医用材料的研究已从分散、低水平的重复研究，逐步集中于学科发展的方向和前沿，并取得了举世瞩目的蓬勃发展。骨科修复材料因市场需求巨大，其研究与产业快速发展，在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距已逐渐缩小，并取得子一批具有自主知识产权的技术项目。进入21世纪以来，我国生物医用材料加速发展我国生物医用材料研究领域研究论文的发表数量正在大幅度上升、被引用的次数也不断增加，在国际刊物上所占的比重也在提高。钛合金在生物医学方面的研发史可追溯到20世纪40年代初期，Bothe等人首先把纯钛引入到生物医学领域，他们发现钛与老鼠股骨之间无任何不良反应。10年后Leventhal又进一步研究证实了纯钛的良好生物相容性。但是，由于医用不锈钢、钴铬合金在二次世界大战期间已开始盛行，钛合金在生物医学领域的应用和发展比较缓慢。自从60年代Branemark将纯钛用于口腔种植体后，纯钛作为外科植入件材料才得到了广泛发展，随后α型钛合金Ti3Al2·5V也在临床上被用作股骨和胫骨替换材料。纯钛等α型钛合金虽然在生理环境中抗腐蚀性优良，但其强度较低、耐磨性较差，从而限制了它在骨科较大承载部位的使用。相比之下，α+β型钛合金

Ti6Al4V具有较高的强度和综合的加工性能，它虽是为航空、航天应用设计的，但70年代后期也被广泛用于制作外科修复或替换材料如接骨板、髋关节、髓内钉等。纯钛、Ti3Al2·5V、Ti6Al4V钛合金属于第一代医用钛合金，这一时期材料和医学工作者是就地取材，没有专门开发针对生物医学工程用的钛合金。到21世纪80年代中期，临床应用发现进行Ti6Al4V钛合金人工髋关节翻修手术时，假体周围骨组织有黑化和感染现象，随后研究证实V是对生物体有毒副作用的元素，特别是V的生物毒性要超过N，i Cr，而且此类合金的耐蚀性相对较差。到90年代中期，瑞士和德国先后开发出了第二代以Nb，Fe替代V 的α+β型两相医用钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2·5Fe，而且很快被列入国际生物材料标准，并开始在临床应用。1985年瑞士Sulzer医疗技术公司开始采用Ti6Al7Nb合金制造髋关节柄，并成功投放市场，2000年引入中国，年销数万套。几种主要的钛合金生物医用材料概述金属系生物医学工程材料，特别是人体植入材料，应具备下列条件。生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。还要求具备人体组织的生物亲和性、抗血栓性等人体安全性。力学条件：高强度、高比强度；弹性模量接近骨，能促进材料与人体之间界面的牢固结合；良好的韧性；不发生疲劳现象；高的耐磨耗性。化学条件：良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。其他条件：非磁性、加工性能及功能材料特性。钦和钦合金能够满足这些主要条件。比重小、强度高，能满足牙科、医学界

钛合金表面处理

钛合金表面处理引言钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。一、表面反应层的去除表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。二、铸造缺陷的处理内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去

外科植入物用钛合金的表面改性

外科植入物用钛合金的表面改性戴正宏*,王玉林,何宝明 (天津大学复合材料研究所,天津300072) 摘要:钛合金作为外科植入物用材料在临床上得到了越来越多的应用。综述了钛合金作为外科植入物的优良性能及国内外在钛合金表面改性方面的发展和研究现状。阐述了表面改性对改善钛合金的耐磨性,耐蚀性和生物学性能方面的重要作用。分析表明:开发新型钛合金和寻求理想的表面改性工艺来获得高质量的涂层或将生物活性相添加到钛合金基体中制备成复合材料是提高钛合金生物学性能的有效途径。关键词:外科植入物;钛合金;表面改性中图分类号:R318.08 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2003)04-0491-04 目前常见的外科植入用金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(AISI316L,317L),钴铬(Co Cr)合金,纯钛和钛合金3类材料[1,2]。近几年来,镍钛(NiTi)合金[3]及亚稳定型Ti Nb Zr合金[4]也崭露头角,前者具有形状记忆和超弹性双重功能,后者具有更低的弹性模量、高的损伤容限及优异的生物相容性。目前,常用的钛合金与传统的不锈钢材料相比,钛合金具有一系列优点:与不锈钢相比,钛的弹性模量与骨组织更为接近;生物相容性更佳;耐蚀性和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金; (植入后)组织反应轻微,表面性能好;与不锈钢相比,钛及其合金对骨组织的生长影响较小;钛及其合金中无镍成分,过敏较小;手术后能进行MRI和CT检查;钛合金内植入物可以长期留存体内,可避免二次手术。纵观钛合金表面技术的发展,它大致经历了3个阶段:一是以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段;二是以等离子体、离子束、电子束的应用为标志的现代表面技术阶段;三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段。在生物医学领域中,表面改性主要是为了改善植入体的耐磨性、耐蚀性和生物学性能(包括生物相容性和生物活性)[7,8]。虽说钛及其合金与其他金属材料相比具有与骨最为接近的弹性模量,但仍远远高于骨的弹性模量,这就容易造成界面上机械性能的不匹配;同时,从成分上来看,钛与自然骨的成分截然不同,钛与骨之间虽然具有良好的生物相容性,植入后种植体周围无纤维包囊形成,但钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合,而非强有力的化学骨性结合,因此对钛合金进行表面改性以改善其生物学性能引起了人们的日益重视[7,9]。为了增强钛合金的耐磨性、耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度,必须对钛合金进行表面改性。表面改性保持了钛合金作为基体材料的一系列品质,同时使得植入物的综合性能得到大幅度的改善。进入90年代以来,钛及其合金以其优异的综合性能在牙种植体、人工关节、脊柱矫形内固定系统、髓内钉、矫形钢板等方面的应用已逐渐占主导地位,成为首选的金属材料[5,6]。本文从几个方面就外科植入物用钛合金的表面改性方面的技术发展进行回顾与展望。 1 提高表面生物活性尽管钛合金具有很好的生物相容性,但毕竟是一种生物惰性金属材料,新生骨与植入物之间只能形成接触生长[10]。Hulshoff发现,当未经表面处理的钛合金直接植入人体后,生物机体在其表面开始产生纤维组织,并逐渐增厚,6个月后才有骨连接[11]。目前临床使用的大多数是对植入物进行表面机械改性以增强与骨的连接力。这种以机第27卷第4期V ol.27 .4 稀有金属 CHI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年7月 July2003 收稿日期:2002-12-12;修订日期:2003-03-27 作者简介:戴正宏(1979-),男,湖北人,硕士研究生;研究方向:医用钛合金的表面改性*通讯联系人(E mail:daizhenghong@https://www.360docs.net/doc/0310113497.html,)

医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展_陈昌佐

第26卷第1期2014年1月腐蚀科学与防护技术 CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY V ol.26No.1 Jan.2014 专题介绍医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展陈昌佐1,2丁红燕2周广宏2庄国志1印风2 1.江苏大学材料科学与工程学院镇江212013; 2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室淮安223003 摘要：综述了医用钛合金常用的化学改性和物理改性方法，介绍了改性后涂层的生物摩擦学性能，并对医用钛合金在提高耐磨性方面的改性技术进行了展望。提出了工艺改进和新材料开发等方面的建议。关键词：医用钛合金表面改性耐磨性中图分类号：TH171.1,TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-6495(2014)01-0069-04 1前言目前临床骨科应用最广泛的生物材料多为金属材料，其主要包括不锈钢、钴基合金、钛合金以及形状记忆合金等[1,2]。不锈钢、钴基合金等在临床应用中还存在着诸多问题，如：生物相容性差、组织反应严重、强烈的致敏、致癌反应和易产生应力遮挡等[3]。Ti及钛合金具有低的弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点，在临床应用上得到了广泛使用，如：硬组织替换、血管支架、心脏瓣膜以及各种矫形器械等。医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度，但其耐磨性相对较差。植入物在磨损条件下容易产生大量的含Ti，Al和V的黑色磨屑，从而导致无菌松动直至关节置换失败。此外，Al，V元素具有潜在的细胞毒性，可能导致表面磷灰石无法生成，特别是Al易引起老年痴呆症。通过钛合金的表面改性或优化材料的成分，减少人工关节在使用过程中的磨粒产生，改善磨损粒子的尺度分布，减轻磨粒的生物学反应是延长人工关节使用寿命的关键[4,5]。表面改性技术可在保留医用钛合金原有的优良性能基础上改善其临床使用性能。本文评述了目前常用的钛合金表面改性方法及其生物摩擦学的研究现状，并对其未来发展趋势进行了展望。 2常用的钛合金表面改性技术及其生物摩擦学性能 2.1化学改性方法 2.1.1微弧氧化法微弧氧化(MAO)技术，或称为等离子氧化技术，是一种在材料表面获得陶瓷涂层的技术。该技术可以在Al，Mg，Ti等金属及其合金表面原位生长一层陶瓷薄膜[6]。MAO陶瓷膜不仅耐磨、耐蚀性好，而且Ca，P元素可直接进入到氧化膜层中，从而提高了生物相容性，在临床植入体手术中已有少量的探索性应用[7]。 Zhou等[8]在TC4合金上通过微弧氧化方法合成了TiO2涂层，并在SBF模拟体液中考察了MAO涂层的摩擦学性能，结果表明，与未经处理的TC4比较，涂层在模拟体液中的摩擦系数降低，磨损体积减少。王凤彪等[9]利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备了羟基磷灰石(HA)膜，研究了薄膜在模拟体液中浸泡后的耐磨性。结果表明，膜层随浸泡时间延长而逐渐变厚；浸泡后膜层的摩擦系数随摩擦时间延长先升高后降低，耐磨性呈升高趋势。 2.1.2溶胶凝胶法溶胶-凝胶法(sol-gel)一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶，然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的基体表面，最后经干燥焙烧，在基体表面形成一层薄膜[10]。刘颖等[11]通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术，以钛酸丁酯为前躯体，加入聚乙二醇作为模板剂，在TC4合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜明显改善了钛合金的摩擦磨损性能。张文光等[12]利用静动摩擦系数测定仪评价了TC4合金经碱液热处理、溶胶-凝胶和热氧化3种不同方法处理后的摩擦学性能，结果表明，TiO2溶胶-凝胶薄膜在较高载荷下的耐磨性能较差，而在较低载荷下的耐磨性能较好。定稿日期：2013-03-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51175212)资助作者简介：陈昌佐，1989年生，硕士生，研究方向为材料的生物摩擦学通讯作者：丁红燕，E-mail： nanhang1227@https://www.360docs.net/doc/0310113497.html,.

热激活镍钛弓丝说明书 - 深圳市速航科技发展有限公司

热激活镍钛弓丝说明书一、制造材料：镍钛二元合金该合金具有优良的超弹性和形状记忆功能，耐腐蚀，生物相容性好。二、规格型号：弓形：卵圆形；尖圆形；方圆形。圆丝0.012＂、0.014＂、0.016＂、0.018＂、0.020＂、0.022＂方丝0.016＂×0.016＂、0.016＂×0.022＂、0.017＂×0.022＂、0.018＂×0.022＂、0.017＂×0.025＂、 0.018＂×0.025＂、0.019＂×0.025＂、0.021＂×0.025＂以上弓丝均分为上颚、下颚。每袋包装5支。三、热激活原理：热激活弓丝相变温度：动作开始温度（AS）----22℃±2℃；动作结束温度(Af)：32℃±2℃. 热激活镍钛弓丝在AS温度下弹性丧失，在Af温度上弹性恢复。四、热激活特点：１．在室温下具延展性，弯曲自如，便于结扎，降低了插入托槽所需的时间，有益复杂的临床治疗和敏感患者。２．在口腔温度环境中呈现良好的超弹性，依靠出色的预成弓形和持久的弹性恢复力，高效地排齐、整平牙列。３．当热激活弓丝受到体温作用时会逐渐增加力值，这种缓慢增加的力不会给患者造成不适感。也不会给托槽施加过大的力，其最终产生的力小于同型号超弹性镍钛弓丝，所以不容易造成支抗丧失。五、正畸专家建议：１．成人错颌患者、特殊敏感患者、牙体错位扭转严重患者优先考虑使用热激活镍钛弓丝。２．早期排齐建议以0.016＂作为起始弓丝。３．既排齐又要控根的患者可用0.016×0.022的热激活方丝。４．由于热激活弓丝形变范围大，可以减少弓丝的调整次数，减少复诊时间，避免托槽脱落及公司断裂。

医用钛合金及其表面改性技术的研究现状

医用钛合金及其表面改性技术的研究现状1 金红* (北京有色金属研究总院科技信息所,北京100088) 摘要:介绍了新型医用钛合金的研究开发现状,分析了医用钛合金存在的主要问题,即耐磨性、耐腐蚀性和生物活性有待进一步提高。阐述了表面改性对提高钛合金的耐磨性能、耐腐蚀性能和生物活性的作用。指出应当重视钛合金表面生物活性陶瓷涂层的稳定性问题。认为通过研究开发综合性能更优的新型医用钛合金,寻求更为理想的表面改性工艺以及运用复合涂层制备技术,有望逐步解决钛合金在临床应用中存在的问题。关键词:医用钛合金;表面改性;耐磨性;耐腐蚀性;生物学性能中图分类号:TG146123文献标识码:A文章编号:0258-7076(2003)06-0794-05 在生物医用金属材料中,钛合金凭借其优良的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和工艺性能逐渐成为牙种植体、骨创伤产品以及人工关节等人体硬组织替代物和修复物的首选材料。其中T-i6A-l4V合金作为生物医用合金已有很长的历史。但T-i6A-l4V合金在生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性能等方面仍不够理想[1~4],而且该合金还存在细胞毒性问题。为克服T-i6A-l4V合金存在的种种缺陷,近年来人们一直致力于研究开发具有更佳综合性能的医用钛合金,并取得一些进展;与此同时,人们还尝试采用各种表面技术对钛合金进行表面改性以使其更适合于医学应用的要求。本文综述了医用钛合金的研究开发现状及其表面改性技术的研究进展。 1新型医用钛合金的研究开发现状及存在的问题 1.1研究现状近年来钛合金在生物医学领域中的研究和应用呈上升趋势,特别是在牙科和整形外科中钛材的用量明显增多[5]。目前,医用钛合金仍以T-i6A-l 4V合金为主,但该合金中Al和V元素对人体存在的潜在危害已引起了人们的高度重视。为克服V 和Al的不良影响,人们相继研究开发了不含V或既不含V也不含Al的A+B钛合金和B钛合金[6,7]。其中A+B钛合金有欧洲、日本等开发的T-i6A-l7Nb,T-i5A-l2.5Fe,T-i6A-l6Nb-1Ta,T-i5A-l 3Mo-4Zr,T-i6A-l2Nb-1Ta,T-i15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd, T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd,T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd-0. 2O[2,8]。与A+B钛合金相比,B钛合金不仅生物相容性更优,而且具有更高的强度水平和更好的切口性能以及韧性,因此更适合于医学应用,特别是做人体的内植物。在医用B钛合金的研究与开发方面日本、美国处于领先地位。日本研制开发的新型B钛合金有T-i29Nb-13Ta-416Zr,T-i15Mo-5Zr-3Al, T-i15Mo-3Nb-3A-l012Si,T-i15Mo-3Nb-3A-l013O和T-i11Mo-6Zr-415Sn等。在美国已有5种B钛合金被推荐在医学领域中应用,即T-i12Mo-6Zr-2Fe (TMZFTM),T-i13Zr-13Nb,TI METAL21SRx,Tia-dyne1610和T-i15Mo。与TI-6A-l4V相比,这5种钛合金均具有较低的弹性模量,其中TMZFTM的综合性能较好[9]。 1.2医用钛合金存在的主要问题随着各种新型医用钛合金的问世,钛合金在生物医学领域中的应用越来越广泛,但是,目前已研制开发出的各种钛合金均存在不同程度的缺陷,还没有一种能够完全满足临床使用的所有要求。总体说来,主要存在以下几方面的问题[10~15]。(1)耐磨损性能相对较低。与不锈钢、镍基合金等许多其他金属材料相比,钛合金的摩擦系数大,耐磨性第27卷第6期Vol.27l.6 稀有金属 C HI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年11月 November2003 1收稿日期:2003-06-30;修订日期:2003-08-02作者简介:金红(1963-),女,硕士研究生,高级工程师*通讯联系人(E-mail:jh63125@https://www.360docs.net/doc/0310113497.html,)

镍钛合金弓丝机械性能的研究进展

牙科设备镍钛合金弓丝机械性能 1 镍钛合金弓丝及其机械性能牙科设备镍钛合金弓丝自20 世纪70 年代由Andreasen等[1- 2]引入正畸临床以来，以其能释放出较为持续、柔和的矫治力受到临床正畸医生的推崇。镍钛合金弓丝在正畸临床应用大致经历了以下3 个主要的发展阶段。第1 代，普通镍钛合金弓丝时代，由Andreasen引入正畸临床。其相变温度（austenite finaltemperature，Af）高于口腔正常温度（37 ℃），在临床使用过程中不会发生相变，不表现出超弹性与形状记忆功能。因其形变释放的力偏大，力值衰减较快且不易弯曲成形，其临床使用受到限制。第2 代，超弹性镍钛合金弓丝时代，诞生于20 世纪80 年。超弹性镍钛合金弓丝在应力作用下会发生相变且具有超弹性（又称拟弹性），其释放的力值较第1 代更柔和，也更持久。因其相变温度Af 远低于人体温度，故在口腔正常温度下此类镍钛弓丝不会发生相变，不能在临床应用中表达形状记忆功能。第2 代超弹性镍钛合金弓丝目前仍在临床广泛使用。第3 代，诞生于20 世纪90 年代，是具有真正形状记忆功能的镍钛弓丝，又称作第3 代温控型镍钛合金弓丝和热激活型镍钛合金。该类弓丝刚性低、回弹性好，其相变温度Af 在35 ℃左右，可在正常口腔温度内发生相变，从而表现出超弹性和临床所需要的形状记忆功能。 2 温度对牙科设备镍钛合金弓丝机械性能的影响人的口腔温度受体温、外界温度、口腔呼吸、摄入食物、吸烟、开闭口等因素的影响[3]，并非恒定不变。有学者发现，口腔温度的波动对正畸弓丝，尤其是具有温度敏感性的镍钛丝的机械性能会产生影响。Iijima等[4]在23、37、60 ℃的恒定温度条件下检测超弹性镍钛合金方丝与温控型镍钛合金方丝的机械性能后发现，根据克劳修斯- 克拉佩隆（Clausius- Clapayron）模式，随温度的升高，镍钛合金弓丝诱导马氏体相变所需的临界应力增大；在温度由37 ℃上升至60 ℃再降回至37 ℃状态下时，以上镍钛合金弓丝在最后37 ℃的力值较最初37 ℃的力值大0.530～1.039 N。他们认为，这与加热或降温时镍钛合金相变过程中发生位错现象所导致的弓丝相变温度改变有关。Mullins等[5]在研究温度变化状态下温控型镍钛合金方丝机械性能时发现：在5 ℃加载、37 ℃卸载复合检测时，弓丝表现出在5 ℃单独加、卸载时的加载行为和在37 ℃单独加、卸载时的卸载行为，但所有测得的力值均小于5 ℃和37 ℃单独检测所获的试验结果。镍钛合金弓丝能够表现出超弹性，是因为相变过程中产生了应力诱导的马氏体。这种马氏体相变与温度和加载应力密切相关，只有在弓丝相变温度与马氏体能存在的最高温度这一温度区间内，加载应力与弓丝才能产生应力诱导的马氏体，弓丝才能表现出超弹性。因此，镍钛合金弓丝的工作温度与其Af 之间的差值会影响此类弓丝力学性能。Meling等[6]的研究证实，相对于Af 为27 ℃和40 ℃的Cu- Ni- Ti 合金而言，Af 为35 ℃的Cu- Ni- Ti 合金弓丝具有更好的温度敏感性。 ——地狗齿科材料设备网

低温去合金化处理对医用镍钛合金表面性质的影响

第37卷第5期稀有金属材料与工程 V ol.37, No.5 2008年 5月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING May 2008 收到初稿日期：2007-05-12；收到修改稿日期：2007-09-28 基金项目：“贵州省优秀科技教育人才省长专项基金”资助（2005214）作者简介：苏向东，男，1966年生，博士生，副研究员，北京航空航天大学理学院材料物理与化学研究中心，北京100083，电话：010- 82317941，E-mail ：suxingdong01@https://www.360docs.net/doc/0310113497.html, 低温去合金化处理对医用镍钛合金表面性质的影响苏向东1,2，王天民1，郝维昌1，韩峰2，黄亚励3，何力2 (1. 北京航空航天大学，北京 100083) (2. 贵州科学院，贵州贵阳 550002) (3. 贵阳医学院，贵州贵阳 550004) 摘要：分析了近等原子比NiTi 形状记忆合金实现去合金化的热力学条件，并采用低温去合金化处理法对其进行表面改性；经SEM 、XRD 、XPS 、EDX ，模拟体液(SBF)仿生沉积等分析研究表明，NiTi 合金经去合金化处理后，在合金表面选择性地除去了有害元素镍，在距表层约130 nm 深度内原位制备出完全无镍的具有纳米结构的二氧化钛层；同时结合上羟基(OH -)，在SBF 溶液中，经低温去合金化处理后的合金表面具有诱导Ca/P 沉积的能力，从而提高了NiTi 形状记忆合金的生物相容性。关键词：NiTi 合金；去合金化；表面改性；热力学条件；纳米二氧化钛中图法分类号：TG 146.4 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2008)05-0859-05 目前，近等原子比NiTi 形状记忆合金(NiTi SMA)依靠特殊的记忆效应、超弹性、低弹性模量、核磁共振无影响及良好的生物相容性, 已在骨外、口腔、介入等医学领域获得了广泛应用，用其制作的各种医疗器械达几十个品种；但该合金中含镍量较高Ni: 49%~51%(原子分数)，自然生成的二氧化钛钝化膜缺陷多，又很薄(几至十几纳米)，且其中还包含着无论是金属态还是氧化态的Ni [1,2]，与人体组织接触易导致致敏、致畸等毒性反应[3]，故而对其是否能在人体内安全地长期使用一直存有争议；金属材料的表面性质对其生物相容性起着决定性作用，因此在不损害NiTi 合金体材料性能的前提下对其进行表面改性，消除镍的危害，提高合金生物相容性，具有重要的临床实际意义。二氧化钛和钛及其合金的热膨胀系数非常接近，不仅能同基体间形成牢固的界面结合，而且还能在其表面结合反应基，从而使材料表面具有一定的生物活性[4,5]。为此，已有多种表面改性技术用于NiTi 合金表面制备氧化钛层，如电化学阳极氧化[6]、激光表面重熔[7]、等离子浸没注入O [8]、Sol-Gel 法制备TiO 2薄膜[9]、热氧化[10]、化学表面处理[11,12]、水热合成TiO 2薄膜[13]、离子束增强沉积制备TiO 2薄膜[14]等等。这些技术均在不同程度上取得了良好的效果，其中化学法表面处理由于具有成本低，操作简便，低温处理，不损害体材料性能，且不受器械复杂几何形状的限制，可批量加工等优点，从而显示出一定的工业应用前景。本研究分析了NiTi 合金实现去合金化(Dealloying )处理的热力学条件，并采用低温去合金化处理法，对NiTi 合金进行表面改性；然后系统地研究了低温去合金化处理对NiTi 合金表面性质的影响，同时也对低温去合金化处理后的NiTi 合金在SBF 溶液中是否具有生物活性进行了研究。 1 实验试验用NiTi 形状记忆合金性能达到国家《医疗器械和外科植入物用NiTi 形状记忆合金加工材标准》要求，其合金成分(at%，下同) 为Ni: 50.7%，Ti: 49.3%。试样加工成20 mm ×10 mm ×2 mm ，用金相砂纸从400＃~1200＃逐级研磨抛光，然后分别在丙酮、无水乙醇中用超声波清洗。将自行研制的去合金化处理液(由芳香族化合物、无机酸及一定量的添加剂组成)50 mL 装入比色管，将试样置于其中，加搅拌，在低温50 ℃下处理3 h ，然后取出用去离子水洗净，干燥。用去离子水配制SBF 溶液(g/L)。NaCl: 7.995，KCl: 0.223，NaHCO 3: 0.353，Na 2SO 4: 0.071，K 2HPO 4·3H 2O: 0.228，CaCl 2: 0.555，MgCl 2·6H 2O: 0.305。用稀盐酸和氨水调溶液pH=7.4, 然后将经去合金化处理后的试样

钛合金常用规格及性能用途

钛合金常用规格及性能用途 TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 直径2mm ?8mm?9mm?10mm ? 直径12mm 15mm 16mm 18mm 20mm?25mm?30mm?35mm?40mm?45mm?50mm?55mm? 直径60mm 65mm 70mm 75mm 80mm?85mm?90mm?100mm?105mm?110mm?120mm ? TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 厚度1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm 8mm 10mm?12mm 14mm ? 厚度16mm?18mm 20mm?25mm 30mm 32mm 35mm 50mm 45mm?50mm 60mm 70mm 80mm 90mm? 钛合金优越的特性： 1耐酸碱腐蚀，耐海水腐蚀，耐污水腐蚀； 2密度小（），轻； 3无磁性；广钛金属 4在-253°-600°之间使用，他的抗拉强度，在金属中，几乎是最高的。应用举例:工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。它在航空、航天、化工、造船、冶金、电子、医疗、石油、医药、军工等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。【钛合金的性能】钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为172矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)强度高钛合金的密度一般在cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 (3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。( 4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 (5)化学活性大钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达～ mm，硬化程度为20％～30％。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 (6)导热系数小、弹性模量小钛的导热系数λ=（）钛合金制品约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约

镍钛合金是一种形状记忆合金

镍钛合金在医学上的应用材料科学与工程学院 08级热处理1班单珺 080102010005

一、镍钛合金的发展历史可分为3 个阶段: 1、1963 年～1986 年, 开展了初步的基础研究, 包括相变行为、晶体结构、显微组织、力学性能和冶炼加工制备技术等。20 世纪70 年代初, 美国Raychem 公司成功研制了NiTiFe 航空用液压管路接头和紧固件, 并应用于F14 战斗机中, 成为镍钛合金第一个成功的工业应用实例。、 2、1987 年～1994 年, 深入细致地研究了基础理论, 包括马氏体的三变体自协作形状恢复机制、线性超弹性和非线性超弹性的影响因素等 , 这个阶段是镍钛合金工程的鼎盛时期。 3、1995 年至今, 一些新的镍钛合金加工技术和基础理论问题不断出现, 如镍钛合金的表面改性技术、激光加工技术和脉动疲劳寿命测试等。二、NiTi合金形状记忆效应的原理和特性所谓"形状记忆效应"是指NiTi合金对它的金相几何形状有“记忆”本领，宏观而言，将一定形状的合金试样，低温塑形形变后，再将试样加热，试样又回复到它原来的形状，同时，产生巨大的回复力，例如横截面积为lcm2的合金棒，相变时产生850Okg的力。记忆效应分三种:(1)单向记忆:低温金相受力变形，高温金相回到原状。C2)双向记忆:能记住高温与低温金相，随温度而发生顺、逆性变化。(3)全程记忆:机理不甚明了，可能是金相中的一种内应力场起了主要作用。形状记忆效应的应变量依合金的种类而各有所异，约5-20%之间(一般金属小于0.5%),NiTi合金为8%。形状记忆合金具有“热弹性马氏体型”相变。NiTi合金为例，高温奥氏体相为体心立方有序晶体结构CaCl型B2晶格，低温马氏体相(M)为单斜畸变结构Bl9晶格，从B→M，存在一个对双程记忆效应起着重要作用的R相变。在B2=R，R=M和R2=M的顺、逆相变中，母和子相中相邻原子位置不变，只是界面上原子发生协作位移-晶体切变。这种切变不但对记忆效应和超弹性起了重要作用，而且也使其耐疲劳性能优于一般金属材料。具有记忆效应的合金已发现20余种，实用化潜力大的有镍基、铜基及铁基形状记忆合金。NliTi合金为近等原子比的NiTi金属间化合物。国产的医用NiTi合金，Mi含量为50-53%。相变温度可依临床而行相应的工艺处理;同时亦适当改变它的弹性模量。三、镍钛合金的相变与性能镍钛合金是一种形状记忆合金，形状记忆合金是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达107次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。顾名思义，镍钛合金是由镍和钛组成二元合金，由于受到温度和机械压力的改变而存在两种不同的晶体结构相，即奥氏体相和马氏体相。镍钛合金冷却时的相变顺序为母相（奥氏体相）-R相-马氏体相。 R相是菱方形，奥氏体是温度较高（大于同样地:即奥氏体开始的温度）的时候，或者去处载荷（外力去除）时的状态，立方体，坚硬。形状比较稳定。而马氏

牙弓丝

牙弓丝类别： 1）普通型NiTi牙弓丝它是一种理想的正畸材料，具有良好的超弹性，可满足低刚度、回弹性好的要求。与不锈钢相比，力柔和、持久，恢复力高，残余变形小。它对矫治开颌牙齿扭转、拥挤、反颌疗效明显，可缩短疗程50%～70%。 2）记忆型NiTi牙弓丝（RTF）它与普通型镍钛牙弓丝相比，其特点是在室温下易成形，可弯成小曲，它的弯曲力矩和扭转力矩略低于后者，并具有记忆效应，易于在托槽中就位，具有记忆效应，患者感觉更舒适。 3）摇椅型NiTi牙弓丝超弹性、矫治力柔和、持久，患者无痛苦；用于打开深覆合。 4）NiTi拉簧、推簧它是一种新型的正畸用弹簧，它具有NiTi丝基本特点－超弹性，适合于牙齿矫正。大多用作拉尖牙和开拓牙齿间的间隙。它与不锈钢弹簧相比，力柔和、持久，恢复力大，残余变形小，可重复使用。 5）圆丝以上几种正畸器材均在圆丝的基础上加工定型而成。与以上几种产品相比，圆丝给医师的灵活度更大，临床医师可以根据患者的具体情况进行裁剪，成本相对要低。不同材料牙弓丝比较：牙弓丝使用材料主要有Co-Cr合金、不锈钢、加工硬化型TiNi合金、TiNi合金，下图是几种材料的负载-变形曲线比较：下表是几种材料90o弯曲试验后的永久变形可以看出：（1）不锈钢、Co-Cr合金的弹性系数大，弹性范围小，而加工硬化型TiNi丝及超弹性TiNi丝弹性系数较小，弹性范围大。（2）不锈钢合Co-Cr合金对于很小的变位，负载的变化很大，而TiNi丝在小负载下能达到很大的变位。（3）不锈钢和Co-Cr合金易产生永久的变形，而TiNi合金丝去载后完全恢复到原来的形状。从上面的比较可以看出，超弹性TiNi矫形丝性能最佳。以下是公司自产与其他国家矫形丝弯曲和扭转性能比较。

镍钛合金丝的特性

镍钛合金丝的特性及其在口腔正畸领域的临床应用作者：赵弘文章来源： 2007-1-23 16:56:43 【博客】【论坛】【投稿】【打印】【关闭】镍钛合金丝的特性及其在口腔正畸领域的临床应用镍钛合金因其优越的超弹性，形状记忆功能，抗腐蚀能力，以及良好的生物相容性和减震特性，广泛地应用于口腔正畸领域。(一) 镍钛合金的相变与性能顾名思义，镍钛合金是由镍离子和钛离子组成二元合金，由于受到温度和机械压力的改变而存在两种不同的晶体结构相，即奥氏体相（Austenite）和马氏体相(Martensite). 镍钛合金冷却时的相变顺序为母相（奥氏体相）-R相-马氏体相。R相是菱方形，奥氏体是温度较高（大于同样地:即奥氏体开始的温度）的时候，或者去处载荷（外力去除Deactivation）时的状态，立方体，坚硬。形状比较稳定。而马氏体相是温度相对较低（小于Mf:即马氏体结束的温度）或者加载（受到外力活化）时的状态，六边形，具有延展性，反复性，不太稳定，较易变形。因此临床上确定镍钛合金弓丝的相变温度具有积极的指导意义，以便临床医生能更好地利用镍钛合金的性能进行临床正畸治疗。 (二) 镍钛合金的特殊性能 1、形状记忆特性（shape memory）形状记忆是当一定形状的母相由Af温度以上冷却到Mf温度以下形成马氏体后，将马氏体在Mf以下温度形变，经加热至Af温度以下，伴随逆相变，材料会自动恢复其在母相时的形状。实际上形状记忆效应是镍钛合金的一个由热诱发的相变过程。 2、超弹性(superelastic) 所谓的超弹性是指试样在外力作用下产生远大于起弹性极限应变

量的应变，在卸载时应变可自动恢复的现象。即在母相状态下，由于外加应力的作用，导致应力诱发马氏体相变发生，从而合金表现出不同于普通材料的力学行为，它的弹性极限远远大于普通材料，并且不再遵守虎克定律。和形状记忆特性相比，超弹性没有热参与。总而言之，超弹性是指在一定形变范围内应力不随应变的增大而增大，临床上则表现为弓丝在形变过程中产生的矫治力保持恒定，不再随牙齿向矫治方向的移动而逐渐丧失。按照超弹性所对应的应力-应变曲线的特点，可将超弹性分为线性超弹性和非线性超弹性两类。前者的应力-应变曲线中应力与应变接近线性关系。非线性超弹性是指在Af以上一定温度区间内加载和卸载过程中分别发生应力诱发马氏体相变及其逆相变的结果，因此非线性超弹性也称相变伪弹性。镍钛合金的相变伪弹性可达8%左右。镍钛合金的超弹性可随着热处理的条件的变化而改变，当弓丝被加热到400oC以上时，超弹性开始下降。当热处理温度超过600oC时，超弹性基本小时。根据这一特点，临床上可对弓丝的非矫治区进行热处理而使其失去超弹性，这样可避免矫治过程对非矫治区牙齿的影响，而矫治区的弓丝仍具有良好的弹性。 3、口腔内温度变化敏感性：不锈钢丝和CoCr合金牙齿矫形丝的矫治力基本不受口腔内温度的影响。超弹性镍钛合金牙齿矫形丝的矫治力随口腔温度的变化而变化。当变形量一定时。温度升高，矫治力增加。一方面，它可以加速牙齿的运动，这是因为口腔内的温度变化会刺激由于矫治器件造成造成毛细滞息的血流停滞部位的血液流动，从而使得在牙齿移动过程中修复细胞得到充分营养，维持其生机和正常功能。另一方面，正畸医生无法精确控制或测量口腔环境下的矫治力。 4、抗腐蚀性能：有研究表明镍钛丝的抗腐蚀性能与不锈钢丝相仿 5、抗毒性：镍钛形状记忆合金特殊的化学组成,即这是一种镍钛等原子合金,含约50% 的镍, 而已知镍有致癌和促癌作用。一般情况情况下，表面层钛氧化充当了一种屏障，使Ni-Ti