Улучшить технологию получения медицинских сплавов с памятью формы смогли ученые НИТУ «МИСиС» в сотрудничестве с российскими и иностранными коллегами. Новая методика позволит повысить надежность существующих хирургических устройств и разработать ряд новых. Результаты исследования опубликованы в журнале JOM.
Сплавы с памятью формы (СПФ) — материалы, способные восстанавливать свою форму после серьезных деформаций. Наиболее широко используются интерметаллические СПФ на основе Ti-Ni(титан-никель), применяемые в имплантатах и «умных» медицинских устройствах с высокими требованиями к надежности — таких, как самоизвлекаемые хирургические скобки или сосудистые стенты для кардиохирургии.
Максимальные показатели обратимой деформации у сплава Ti-Ni можно получить за счет формирования ультрамелкозернистой структуры путем термомеханической обработки при температуре не выше 600 °C. Однако современные технологии производства никелида титана, как сообщили ученые, предполагают плавку и обработку при температурах от 800 до 900 °С, что не позволяет получать массивные заготовки СПФ с ультрамелкозернистой структурой.
Специалисты НИТУ «МИСиС» впервые нашли параметры термомеханической обработки никелида титана, которые позволят получать массивные изделия из СПФ не только с необходимой наноструктурой, но и повышенными функциональными свойствами.
«Мы показали, что температура деформации в 300 °С является граничной для перехода от низкотемпературного типа диаграмм деформации к высокотемпературному. Наиболее высокие характеристики формовосстановления с динамически полигонизованной структурой реализуются после деформации при 300-600 °С.. Этот интервал обработки наиболее перспективен для формирования ультрамелкозернистой структуры и повышения функциональных свойств сплава Ti-Ni», — рассказал научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» НИТУ «МИСиС» Виктор Комаров.
Использование никелида титана, наноструктурированного по новой технологии, как объяснили ученые, позволит существенно снизить металлоемкость и повысить надежность устройств на основе эффекта памяти формы.
В ходе исследования ученые НИТУ «МИСиС» впервые получили диаграммы деформации и изучили формирование структуры СПФ при температурах ниже 600 °C, наиболее перспективных для образования наноструктур. По словам ученых, анализ полученных данных позволил также определить температурные диапазоны динамических процессов возврата, полигонизации и рекристаллизации СПФ.
В исследовании приняли участие сотрудники Института металлургии и материаловедения им. Байкова РАН и Технического университета «Фрайбергская горная академия» (TUBAF, Германия). Научный коллектив продолжит разработку рекомендаций по термомеханической обработке СПФ Ti-Ni в промышленных условиях.
Разработчики прогнозируют, что сплав Ti-Ni с ультрамелькозернистой структурой и улучшенными функциональными свойствами позволит создать новое поколение медицинских устройств на основе эффекта памяти формы.