富氢环境下镍钛形状记忆合金弹簧变形行为的实验和理论研究

镍钛形状记忆合金器件在某些特定服役环境下不可避免地与氢接触,导致其力学性能发生改变.实验研究方面,通过对两种构型(弹簧指数为8.5和11.7)的镍钛合金弹簧进行异位电解充氢,随后对充氢和未充氢镍钛合金弹簧进行不同幅值的拉伸-卸载实验,揭示了氢对超弹性镍钛合金弹簧变形行为的影响.结果表明,氢会显著影响弹簧的相变硬化行为,并且使马氏体相变临界力下降地更为迅速.理论研究方面,基于实验结果,在不可逆热力学框架下构建了镍钛形状记忆合金力-扩散耦合本构模型.在该本构模型中,考虑了与弹性,马氏体相变和氢致膨胀相关的应变和氢浓度场对马氏体相变的影响.通过建立的Helmholtz自由能推导出相变行为的热力学驱动力.基于质量守恒定律和Fick定律,得到氢浓度场的演化方程.为了准确地描述充氢和未充氢镍钛合金弹簧的变形行为,在建立的本构模型基础上,进一步发展了描述弹簧力-扩散耦合变形行为并考虑其扭转、弯曲变形模式的半解析模型.通过与实验结果的对比,可以发现,提出的半解析理论模型能够很好地预测富氢环境下超弹性镍钛合金弹簧的变形行为.

镍钛形状记忆合金骨植入物中环氧乙烷残留量测定方法

目的:建立适合医疗器械产品镍钛形状记忆合金弹力聚合器环氧乙烷残留量测定的顶空气相色谱法。方法:采用气相色谱法-氢火焰离子化检测器进行检测,色谱柱为HP-INNOWax,柱温80℃保持15 min,进样口温度200℃,检测器温度250℃,氢气流量35 mL/min,空气流量350 mL/min,平衡时间40 min。结果:环氧乙烷在1~10μg/mL线性良好,方法检出限0.01 mg/L,精密度RSD=0.01%,回收率在86.6%~96.6%。为保证结果的准确性,样品应立刻测定,剪样面积应尽可能小。结论:该方法操作简单,检出限低,可以用于镍钛形状记忆合金骨植入物中环氧乙烷残留量的快速测定。

镍钛形状记忆合金骨植入物镍离子释放的体外测试方法

目的镍钛形状记忆合金骨植入物临床使用过程中存在镍离子析出的风险,植入物镍离子释放在体内很难直接测试,为此本文建立一种镍钛形状记忆合金骨植入物镍离子释放的体外测试方法。方法选用磷酸盐缓冲盐溶液(phosphate buffer salt solution,PBS)作为测试液,用于植入物镍离子的浸提,将植入物置于带盖容器中,容器中装有PBS,将容器静置在温度稳定控制的恒温培养箱内(37±1)℃下,静置相应设置的时间点,每个时间点设1组空白试验和3个相同平行试样进行镍释放量测定,分别用石墨炉原子吸收光谱仪(atomic absorption spectrometer,AAS)和电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)设备测试溶液中镍离子浓度。结果随时间推移从器械中释放出来的镍离子浓度整体呈下降趋势,镍离子释放时点为4周时,释放周期结束,AAS测得镍离子释放量平均值为0.37×10^(-3)μg/(cm^(2)·d),累计释放量平均值为10.22×10^(-3)μg/cm^(2)。ICP-MS测得镍离子释放量平均值为0.29×10^(-3)μg/(cm^(2)·d),累计释放量平均值为7.9×10^(-3)μg/cm^(2)。AAS和ICP-MS两种测试方法测试结果差异性不大,结果数据的走势相同说明试验可重复性高。结论此方法可为镍钛形状记忆合金骨植入物的风险评估提供依据,确保植入物在临床使用过程中镍离子的析出不会对人体造成伤害,保证其临床使用的安全性。

钛镍记忆合金线分次牵张联合负压封闭引流修复慢性下肢皮肤缺损创面

目的探讨钛镍记忆合金线分次牵张联合负压封闭引流(VSD)修复慢性下肢皮肤缺损创面的治疗效果。方法回顾性分析2019年6月至2022年12月广州医科大学附属第五医院应用钛镍记忆合金线分次牵拉联合VSD修复30例慢性下肢小面积全层皮肤缺损创面患者的临床资料。创面缺损面积1.5cm×2.0cm~3.0cm×13.0 cm,观察患者术后伤口愈合情况,记录并发症及随访结果。结果住院时间8~35 d(平均16.8 d);所有患者伤口愈合均良好,愈合时间19~31 d(平均24.5 d),外观良好;术后和随访期间未出现创面裂开或感染。结论钛镍记忆合金线分次牵张联合VSD治疗一期无法缝合的下肢小面积皮肤全层缺损慢性创面简便有效,具有愈合时间短、外观良好等优点。

镍钛形状记忆合金丝材加工工艺及其影响因素

综述了TiNi形状记忆合金医用丝材加工工艺,包括热加工、冷加工和热处理工艺,对影响产品质量的因素进行评价。TiNi合金由于具有优良的超弹性、形状记忆性能、耐蚀性和生物相容性,而被广泛用于医疗器械领域,如牙弓丝、血管内支架等。

镍钛形状记忆合金环抱接骨板治疗桡骨近端1/3骨折

目的探讨治疗桡骨近端1/3骨折的理想内固定方法。方法2001年8月～2004年4月,采用镍钛形状记忆合金环抱接骨板治疗24例桡骨近端1/3骨折。其中男19例,女5例。年龄16～48岁。摔伤9例,压砸伤5例,交通事故伤4例,直接暴力撞击伤3例,高处坠落伤3例。按照形状记忆合金环抱接骨板的安装方法进行骨折复位内固定。术后定期随访,观察骨折愈合及功能恢复情况。结果所有患者均获随访4～21个月,平均10个月。均无术中、术后并发症,切口期愈合;X线片示骨折均于术后8～12周临床愈合,根据Anderson疗效标准,功能恢复优18例,良5例,可1例,优良率95.83%。结论应用镍钛形状记忆合金环抱接骨板治疗桡骨近端1/3骨折具有创伤小、操作简便安全、固定可靠、组织相容性好、并发症少等优点,有利于促进骨折愈合和肘、腕关节功能康复,是一种治疗桡骨近端1/3骨折的较好方法。

医用镍钛形状记忆合金的表面改性及生物相容性

背景:近等原子比镍钛形状记忆合金以其8%的形变率、上万次的循环次数、优异的抗腐蚀性以及低弹性模量、低磁和射线不透性,成为理想的生物植入材料之一。目的:论述医用近等原子比镍钛形状记忆合金的表面改性及其生物相容性。方法:由第一作者检索1990/2008 PubMed数据库及万方数据库有关医用镍钛形状记忆合金的表面化学处理、化学修饰及植入生物组织后镍离子溶出等方面的文献。结果与结论:近等原子比镍钛形状记忆合金中含镍量较高,对其是否能在人体内安全地长期使用一直存有争议,合金表面改性是提高植入物的生物相容性、解决这一问题的有效途径。镍钛记忆合金可通过表面改性降低镍离子释放,提高生物相容性,为此,国内外学者均做了大量研究工作。但当前对于含镍钛医用合金置入后体内镍离子的代谢过程方面的研究尚不够系统和全面。

钛镍形状记忆合金丝材力学性能研究

通过热处理和拉伸测试等手段研究了不同加工状态TiNiCu、TiNiCr和TiNi钛镍形状记忆合金丝材力学性能和超弹性能。研究结果表明,通过优化热处理工艺参数使不同合金成分和状态钛镍形状记忆合金获得较好的超弹性能。热加工态二元钛镍形状记忆合金在400℃保温15和30 min水冷能获得理想的超弹性。冷加工态二元钛镍形状记忆合金在450℃保温30 min水冷,能获得理想的超弹性。热加工态钛镍形状记忆合金在450℃保温30 min水冷可以获得理想的记忆性能。TiNiCu和TiNi二元钛镍形状记忆合金丝材经630℃保温10 min水冷易获得超弹性能。

薄片状TiNi形状记忆合金的激光对接焊

采用低功率脉冲激光对厚度为0.2mm的TiNi形状记忆合金进行了对接焊,研究了接头的抗拉强度、断裂应变、相变过程和形状记忆效应.试验发现,低功率脉冲激光能够实现薄片状TiNi合金的良好焊接.冷轧态TiNi合金焊后接头的强度达到母材的97%,断裂应变为母材的95%,对接头进行焊后退火处理其强度有所提高,高于冷轧态母材、达到退火态母材的63.6%,断裂应变为退火态母材的82.5%.冷轧态TiNi合金焊接接头经焊后退火处理,其相变过程和退火态母材接近,形状记忆效应基本和退火态母材相同.

镍钛形状记忆合金线材无模拉拔成形过程的电磁场和温度场模拟

无模拉拔成形过程的电磁场和温度场数值模拟对于正确制定加工工艺, 精确控制线材质量十分重要.利用ANSYS有限元软件, 对镍钛形状记忆合金线材无模拉拔成形过程的电磁场和温度场进行了数值模拟, 获得了镍钛形状记忆合金线材无模拉拔成形时的电磁场和温度场信息, 并进行了讨论.提出了较合理的镍钛形状记忆合金线材无模拉拔成形工艺参数范围: 电流频率59～61 kHz、电流密度(2.95～3.05)×107 A·m-2、冷却水与感应加热线圈之间的距离19～22 mm、冷却水流量22～26 ml·s-1.

镍钛形状记忆合金聚髌器治疗矢状位髌骨骨折18例

目的:矢状位髌骨骨折是一种少见的髌骨骨折类型,通过本组病例的治疗,探求一种可靠的治疗方法.方法:对本组18例矢状位髌骨骨折采用镍钛聚髌器(NT-PC)治疗,回顾分析治疗方法及临床结果.结果:经6～24 mo随访,骨折全部愈合,愈合时间6～11wk,平均8 wk.膝关节功能优良率100%.结论:NT-PC能有效对抗髌股关节的张应力、维持膝关节正常的旋转中心范围和股四头肌的力臂.应用于矢状位髌骨骨折疗效良好.

表面氧化镍钛形状记忆合金的细胞毒性

背景:对镍钛形状记忆合金进行表面改性可以减少镍离子的析出,达到提高生物相容性的目的。目的:在镍钛形状记忆合金表面制备氧化涂层,评价表面氧化镍钛形状记忆合金对细胞毒性的影响。设计、时间及地点:材料-细胞学体外实验,于2008-11/12在中国医科大学口腔医学院中心实验室完成。材料:L-929细胞由中国医科大学中心实验室提供。镍钛形状记忆合金板材为北京有研亿金新材料股份有限公司产品。方法:将镍钛形状记忆合金板材制备成半径10mm、厚度3mm的圆形合金试件,分为2组:氧化组合金表面进行氧化处理,即酸洗,丙酮中超声波清洗,空气干燥,在沸腾的H2O2溶液中氧化2h,取出后去离子水超声波清洗;非氧化组合金表面不进行氧化处理。合金浸提液的制备按2组合金试件表面积与培养液之比为3cm2/mL加入RPMI-1640培养液,置于37℃培养箱内96h,微孔滤膜除菌后备用。并设立阳性对照组,加入6.4%苯酚培养液;空白对照组,加入1640培养液。主要观察指标:倒置相差显微镜观察L-929细胞在合金浸提液中的生长情况,通过MTT试验得出细胞在培养第24,48h的吸光度值,对表面氧化镍钛形状记忆合金做出细胞毒性评价。结果:①培养24h,阳性对照组细胞形态异常;氧化组、非氧化组、空白对照组细胞贴壁生长状态良好。培养48h,阳性对照组许多细胞呈中毒形态;氧化组、空白对照组细胞形态正常,生长旺盛;非氧化组少量细胞核固缩。②与空白对照组比较,随培养时间延长氧化组、非氧化组吸光度值均相应增加(P<0.05),且氧化组增加幅度高于非氧化组(P<0.05)。氧化组合金在培养24,48h时细胞毒性均为0级,表现出轻微的细胞毒性;非氧化组合金培养24h时细胞毒性为0级,48h时细胞毒性为1级,表现出较明显的细胞毒性;空白对照组无细胞毒性。结论:镍钛形状记忆合金经过表面氧化处理后细胞毒性降低,符合口腔正畸材料的临床应用要求。

镍钛形状记忆合金性能及生物相容性研究进展

1引言 1963年美国海军军械研究室Buehler等偶然间发现了等原子NiTi合金(当时作为阻尼材料开发研究)在室温(马氏体态)经形变(弯曲)、再经加热(与点燃的香烟火苗接触,发生逆相变:马氏体→母相)后,自动回复母相态形状(自动弹直);由于累积了马氏体相变的知识,这类合金(具有热弹性马氏体相变的合金)在马氏体态变形,经逆相变,能自动回复到母相形状,于是命名为形状记忆.自此,形状记忆合金及"NiTinol"(指Ni-Ti-navy-ordnance-laboratory)开始进入实用阶段[1].

低温去合金化镍钛形状记忆合金的血液相容性

背景:国内外研究表明镍钛形状记忆合金在体内长期置入可释放镍离子,为了降低镍离子在体内的溶出,研究者进行了很多试验,低温去合金化是一种新的表面处理技术。目的:测定低温去合金化处理后的镍钛形状记忆合金血液相容性指标,评价其血液相容性。设计、时间及地点:体外观察实验,于2007-12/2008-06在兰州大学第二医院骨科研究所实验室完成。材料:低温去合金化镍钛形状记忆合金和未处理镍钛形状记忆合金由贵州科学院苏向东老师惠赠。方法:通过模拟体内血液环境,以未处理的镍钛形状记忆合金为对照,对低温去合金化处理后的镍钛形状记忆合金与新鲜兔血接触进行溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验、接触角测定实验。主要观察指标:溶血率,动态凝血时间,血小板黏附数量,接触角。结果:低温去合金化处理后的镍钛形状记忆合金溶血率低,血小板黏附减少,动态凝血时间延长,接触角变小。结论:低温去合金化处理后的镍钛形状记忆合金的血液相容性得到了显著改善。

封隔器用钛镍形状记忆合金超弹性实验研究

通过对封隔器用钛镍形状记忆合金超弹性的实验研究,得出如下结论:(1)钛镍形状记忆合金获得最佳超弹性的时效工艺为在450℃温度下时效处理1h;(2)该合金的最佳超弹性相变窗口温度约为40℃;(3)应变速率对合金的超弹性性能有较大影响,应变速率越小,超弹性相变应力越平稳;(4)应力-应变循环次数对合金的超弹性有一定影响,机械循环次数N=20后,其超弹性性能趋于稳定。

医用镍钛形状记忆合金羟基磷灰石涂层的制备及其生物活性

背景:目前多采用等离子喷涂技术在钛及其合金表面涂覆羟基磷灰石涂层,制备成复合材料。但由于羟基磷灰石与钛合金基体的热膨胀系数相差较大,涂层在冷却过程中易产生脱落。目的:在医用镍钛形状记忆合金表面制备致密、均匀的羟基磷灰石生物陶瓷涂层,利用动物实验考查镍钛/羟基磷灰石涂层材料的生物相容性。方法:利用阴极旋转法在低温条件下从含钙、磷离子的电解水溶液中在镍钛形状记忆合金表面沉积了磷酸钙涂层,经碱处理获得羟基磷灰石涂层。分析工艺参数对涂层结构的影响。利用动物植入实验对该复合材料的生物活性进行研究,并与镍钛/羟基磷灰石与Ca3(PO3)2?2H2O混合涂层复合材料、医用镍钛形状记忆合金、医用钛合金进行对比。结果与结论:电化学沉积-碱处理方法适合在镍钛形状记忆合金表面制备羟基磷灰石生物活性陶瓷涂层,沉积电压、温度对涂层结构有强烈影响。4种不同材料植入动物体内后周围均出现不同程度的组织增生,在骨膜组织切片中都可见软骨细胞且有骨小梁形成,涂覆有羟基磷灰石涂层的植入材料组织反应较轻,相应的组织切片中所显示出的软骨细胞、骨小梁数量最多,分布均匀,表明羟基磷灰石涂层提高了医用镍钛形状记忆合金的生物活性。

镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析

从形状记忆合金（ Ｓ Ｍ Ａ）的性能测试和智能材料与结构研究的角度出发，论述了 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的测试关系，并通过分阶段和不同的变量组合，对直径０．５ｍ ｍ 的 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝（ Ｎｉ４９．２％ ａｔ Ｔｉ）的基本驱动特性进行了系统的测试分析，测试内容主要集中于相变温度、自由状态下的最大回复应变、约束状态下的回复应力等。结果表明， Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝的应力应变温度关系呈现出高度的非线性，环境温度和外加应力是影响 Ｎｉ Ｔｉ丝性能的主要因素，外载荷将使相变温度升高；约束回复中，随着约束应变量的增大和温度的升高， Ｎｉ Ｔｉ丝的回复应力也增大。该测试结果为更好地监测和控制 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 的驱动行为、设计 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件提供了参考依据。

镍钛形状记忆合金的生物相容性研究进展

镍钛形状记忆合金(Nickel titanium shape memory alloys,Ni Ti-SMA)因具有良好的生物相容性、形状记忆效应以及超弹性等优异性能成为理想的体内固定材料,目前已广泛的应用于临床治疗。由于镍钛形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性可以有效避免应力遮蔽引起的材料断裂,因而有望长期存于人体内,但是合金在人体内受腐蚀释放的镍离子存在生物毒性,对局部组织有致敏甚至是致癌作用,所以又限制了其在临床上的广泛应用。本文综述了镍钛形状记忆合金生物相容性相关的文献,总结镍钛形状记忆合金在体外、动物体内生物相容性以及临床应用的生物相容性方面的研究进展,并指出镍钛形状记忆合金的表面处理在提高其生物相容性方面的重要性。

镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展

自1963年Buehler报道了镍钛合金（nitinol）具有形状记忆效应，此后对其本质和应用研究目趋深入。国内外对镍钛形状记忆合金（nitinol shape memory alloy NiTi-SMA）的基础和临床应用做了大量研究，结果表明：NiTi-SMA在体内长期植入可释放Ni离子，因美国、日本、西欧等国家，

镍钛形状记忆合金蟹爪式聚髌器的研制及生物力学研究

目的 研究一种治疗髌骨骨折的新的内固定方法。 方法 根据国人髌骨的统计数据 ,采用镍钛形状记忆合金制做蟹爪式聚髌器 ,并进行生物力学研究。 结果 对髌骨横行骨折 ,蟹爪式聚髌器的固定作用明显优于改良张力带钢丝固定 (P <0 .0 0 1) ;对髌骨粉碎性骨折 ,聚髌器的固定作用亦明显优于环形钢丝固定 (P <0 .0 0 1)。 结论 蟹爪式聚髌器设计符合髌骨的解剖和生物力学特点 ,其对髌骨骨折的固定强度可满足临床应用之需要。