Παράγοντες που επηρεάζουν και βελτιώνουν τις μεθόδους υπερελαστικότητας του κράματος τιτανίου

Το μέγιστο στέλεχος ανάκτησης (εr) του κράματος Ti-Ni μπορεί να φτάσει το 8.0%, παρουσιάζοντας εξαιρετικό αποτέλεσμα μνήμης σχήματος και υπερελαστικότητα και χρησιμοποιείται ευρέως ως οστέινες πλάκες, αγγειακά ικριώματα και ορθοδοντικά πλαίσια. Ωστόσο, όταν το κράμα Ti-Ni εμφυτεύεται στο ανθρώπινο σώμα, μπορεί να απελευθερώσει Ni+ που είναι ευαισθητοποιητικό και καρκινογόνο, οδηγώντας σε σοβαρά προβλήματα υγείας. Το κράμα τιτανίου έχει καλή βιοσυμβατότητα, αντοχή στη διάβρωση και χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας και μπορεί να πάρει καλύτερη αντοχή και πλαστικότητα μετά από λογική θερμική επεξεργασία, είναι ένα είδος μεταλλικού υλικού που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αντικατάσταση σκληρού ιστού. Ταυτόχρονα, αναστρέψιμος θερμοελαστικός μαρτενσιτικός μετασχηματισμός υπάρχει σε ορισμένα κράματα τιτανίου, δείχνοντας ορισμένα υπερελαστικά και μορφοποιημένα αποτελέσματα μνήμης, γεγονός που επεκτείνει περαιτέρω την εφαρμογή του στο βιοϊατρικό πεδίο. Η ανάπτυξη του κράματος τιτανίου που αποτελείται από μη τοξικά στοιχεία και έχει υψηλή ελαστικότητα έχει γίνει ένα hotspot έρευνας του ιατρικού κράματος τιτανίου τα τελευταία χρόνια.
Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί πολλά κράματα τιτανίου με υπερελαστικότητα και αποτελέσματα μνήμης σχήματος σε θερμοκρασία δωματίου, όπως τα κράματα Ti-Mo, Ti-Ta, Ti-Zr και Ti-Nb. Ωστόσο, η υπερελαστική ανάκτηση αυτών των κραμάτων είναι μικρή, όπως το μέγιστο εr του Ti-(26, 27)Nb (26 και 27 είναι ατομικά κλάσματα, εάν δεν επισημαίνονται ειδικά, τα συστατικά του κράματος τιτανίου που εμπλέκονται σε αυτό το χαρτί είναι ατομικά κλάσματα) είναι μόνο 3.0%, πολύ χαμηλότερο από το κράμα Ti-Ni. Ο τρόπος περαιτέρω βελτίωσης της υπερελαστικότητας του κράματος τιτανίου είναι ένα επείγον πρόβλημα που πρέπει να λυθεί. Σε αυτή την εργασία, αναλύονται οι παράγοντες που επηρεάζουν την υπερελαστικότητα του κράματος τιτανίου και συνοψίζονται συστηματικά οι μέθοδοι για τη βελτίωση της υπερελαστικότητας.
Υπερελαστικότητα 1.1 Αναστρέψιμος μαρτενσιτικός μετασχηματισμός που προκαλείται από καταπόνηση 1 κραμάτων τιτανίου
Η υπερελαστικότητα των κραμάτων τιτανίου προκαλείται συνήθως από αναστρέψιμο μαρτενσιτικό μετασχηματισμό που προκαλείται από τάσεις, δηλαδή, η φάση της δομής κυβικού πλέγματος με κέντρο το σώμα μετατρέπεται στη "φάση της ρομβικής δομής πλέγματος όταν φορτίζεται η τάση. Κατά την εκφόρτωση, η "Η φάση αλλάζει σε φάση και το στέλεχος ανακάμπτει. Στο υπερελαστικό κράμα τιτανίου, η φάση της κυβικής δομής με κέντρο το σώμα ονομάζεται «ωστενίτης» και η φάση της ρομβικής δομής ονομάζεται «μαρτενσίτης». Η θερμοκρασία έναρξης της μετάβασης μαρτενσιτικής φάσης, η θερμοκρασία τέλους της μετάπτωσης φάσης μαρτενσιτικής, η θερμοκρασία έναρξης της μετάβασης φάσης ωστενίτη και η θερμοκρασία λήξης της μετάβασης φάσης ωστενίτη εκφράζονται με Ms, Mf, As και Af, και το Af είναι συνήθως αρκετά Kelvin έως δεκάδες Η διαδικασία φόρτωσης και εκφόρτωσης του κράματος τιτανίου με μαρτενσιτικό μετασχηματισμό που προκαλείται από τάσεις φαίνεται στο σχήμα 1. Πρώτα εμφανίζεται μια ελαστική παραμόρφωση της φάσης, η οποία μετατρέπεται σε "φάση με τη μορφή διάτμησης όταν το φορτίο φτάσει η κρίσιμη τάση (σSIM) που απαιτείται για την πρόκληση της μετάβασης μαρτενσιτικής φάσης Καθώς το φορτίο αυξάνεται, η μετάβαση μαρτενσιτικής φάσης ( → ") συνεχίζεται μέχρι να επιτευχθεί η τάση που απαιτείται για το τέλος (ή το τέλος) της μετάβασης μαρτενσιτικής φάσης και στη συνέχεια η εμφανίζεται ελαστική παραμόρφωση της φάσης ". Όταν το φορτίο αυξάνεται περαιτέρω πέρα ​​από την κρίσιμη τάση που απαιτείται για την ολίσθηση φάσης (σCSS), εμφανίζεται η πλαστική παραμόρφωση της φάσης. Κατά την εκφόρτωση, εκτός από την ελαστική ανάκτηση " φάσης και φάσης "→ η μετάβαση φάσης προκαλεί επίσης ανάκτηση καταπόνησης. Το φαινόμενο υπερελαστικής ή μνήμης σχήματος του κράματος εξαρτάται από τη σχέση μεταξύ της θερμοκρασίας μετάβασης φάσης και της θερμοκρασίας δοκιμής. Όταν το Af είναι ελαφρώς χαμηλότερο από τη θερμοκρασία δοκιμής, η φάση που προκαλείται από την τάση κατά τη φόρτωση υφίσταται → μετάβαση φάσης κατά την εκφόρτωση και η τάση που αντιστοιχεί στη μετάβαση φάσης που προκαλείται από την τάση μπορεί να ανακάμψει πλήρως και το κράμα παρουσιάζει υπερελαστικότητα. Όταν η θερμοκρασία δοκιμής είναι μεταξύ As και Af, ένα μέρος της φάσης μετατρέπεται σε φάση κατά την εκφόρτωση και η τάση που αντιστοιχεί στη μετάβαση φάσης που προκαλείται από την τάση ανακτάται και το κράμα παρουσιάζει κάποια υπερελαστικότητα. Εάν το κράμα θερμανθεί περαιτέρω πάνω από Af, η υπόλοιπη φάση μετατρέπεται σε φάση, η τάση μετάβασης φάσης ανακτάται πλήρως και το κράμα εμφανίζει συγκεκριμένο φαινόμενο μνήμης σχήματος. Όταν η θερμοκρασία δοκιμής είναι χαμηλότερη από την As, ο μαρτενσιτικός μετασχηματισμός που προκαλείται από την τάση Η παραμόρφωση δεν ανακάμπτει αυτόματα στη θερμοκρασία δοκιμής και το κράμα δεν έχει υπερελαστικότητα.Ωστόσο, όταν το κράμα θερμαίνεται πάνω από Af, η τάση αλλαγής φάσης αποκαθίσταται πλήρως και το κράμα παρουσιάζει αποτέλεσμα μνήμης σχήματος.