镍钛合金,又称为记忆合金或SMA(Shape Memory Alloy),是一种具有形状记忆能力的金属材料,伸缩率在20%以上,疲劳寿命达1*10的7次方,阻尼特性比普通的弹簧高10倍,其耐腐蚀性优于 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 的功能材料。在特定的温度条件下,可以表现出记忆性能和超弹性,且具有生物相容性、耐磨性、耐腐蚀性等特性,因此广泛应用于航空航天、能源工程和生物医学等领域。
镍钛合金其主要材料性能包括以下几个方面:
1、形状记忆效应:这是镍钛合金的核心特性。 形状记忆是当一定形状的母相由Af温度(镍钛合金的相变温度)以上冷却到Mf温度(马氏体转变温度)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:镍钛合金具有极强的超弹性,其弹性可以达到8%,远高于普通金属材料。这种超弹性使得镍钛合金在承受较大应力时能够发生马氏转变,从马氏体变为奥氏体,从而吸收大量能量并变形,当应力去除后,又能够恢复到初始形状。镍钛合金展示的超弹性,使其在医学领域用途广泛。
3、耐磨耐腐蚀性:镍钛合金表面会形成一层致密的二氧化钛 (TiO2) 氧化膜,起到物理和化学屏障的作用,从而使镍钛合金具有优异的抗腐蚀性,有研究表明镍钛丝的抗腐蚀性能与不锈钢丝相仿。由于镍钛合金超弹性及马氏体自适应行为、良好的应变硬化能力和抗疲劳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,与临床参考对照材料AISI 316L不锈钢相比,镍钛没有细胞毒性、神经毒性、遗传毒性或过敏性,且镍钛的应力-应变行为与骨骼和肌腱非常相似,因此使用镍钛可以缩短愈合时间,减少对周围组织的创伤,且能够与人体组织兼容,不会引起明显的排异反应或过敏反应。这使得它可以安全的用于制造各种植入体和医疗器械,如植入物、支架、导管等。
5、抗毒性:镍钛形状记忆合金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。一般情况下,表面钛氧化层充当了一种屏障,使Ni-Ti合金具有良好的生物相容性,表面层的TixOy和TixNiOy能抑制Ni的释放。
6、高强度和低密度:镍钛合金具有高强度和轻量化的特点,能够提供足够的强度同时保持器械和植入物的轻量化。这使得它在制造需要强度和轻量化的医疗器械和植入物时非常有用。
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