基于 NiTi 温敏形状记忆纳米结构调控的润湿性研究

NiTi 合金是常见的形状记忆合金,有着良好的形状记忆效应、超弹性、耐腐蚀性和生物相容性,在生物医疗、 航空航天和微机电等领域有着广泛的应用。 目的 研究 NiTi 合金表面不同纳米级结构的润湿性能,改善 NiTi 合金 在工作环境下的磨损情况,提高 NiTi 合金的使用寿命。 方法 使用分子动力学方法模拟周期性边界条件下 NiTi 合 金的形状记忆效应,研究在不同温度下 NiTi 合金原子的微观结构演化;同时基于 NiTi 合金温度响应下不同的微观 结构,建立液滴静态接触角仿真,研究 NiTi 合金表面在不同微观结构下的润湿性能。 结果 发现 NiTi 合金在不同温 度响应下发生相变,从而使 NiTi 合金的表面原子排列发生改变,展示了温度诱发 NiTi 合金的相变和逆相变行为以 及在原子尺度下的微观结构演化,再以不同温度响应下发生相变和逆相变的 NiTi 合金表面作为基底,发现其表面 的润湿性也发生了改变和恢复。 结论 NiTi 合金随温度响应发生相变,微观结构发生改变,其表面的润湿性能也发 生改变;而且 NiTi 合金随温度逆相变,微观结构恢复到初始状态,其表面润湿性也能随之恢复到初始状态;NiTi 合 金在相变过程中的奥氏体和马氏体含量会影响 NiTi 合金表面润湿性能,因此能够通过温度进行 NiTi 合金表面在 微观结构下润湿性的自适应调控。     

医用NiTi记忆合金表面低温去合金化处理技术的研究

本文在分析近等原子比NiTi形状记忆合金实现去合金化热力学条件的基础上,研发出一种特殊的低温去合金化处理技术,对NiTi形状记忆合金进行表面改性;经SEM、XRD、XPS、EDX、模拟体液(SBF)仿生沉积等分析研究表明,NiTi记忆合金经低温去合金化处理后,在合金表面选择性地除去了有害元素镍,在表层约130 nm深度内原位制备出完全无镍的具有纳米网架结构的二氧化钛层,这不仅消除了有毒元素Ni的危害,同时而且还结合上羟基(OH-);在SBF溶液中试验证明,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.     

Zr离子注入对NiTi形状记忆合金表面硬度和耐磨性影响

研究了Zr离子注入参数(注入剂量和注入电流)对NiTi形状记忆合金表面成分、形貌、硬度和耐磨性的影响.发现Zr离子注入后,Zr离子浓度在NiTi合金表面呈高斯分布,同时降低了合金表面的Ni含量.Zr离子注入后合金表面形貌出现沟槽结构,合金外表层纳米硬度、杨氏模量和显微硬度明显提高.摩擦磨损实验结果表明,Zr离子注入降低了NiTi合金初始摩擦因数,显著延长了维持初始低摩擦因数的时间,同时使磨痕的宽度和深度分别减小了30%～50%和28%～50%.因此,选择适当的注入参数可以使NiTi合金获得最佳的耐摩擦磨损性能.     

NiTi合金纤维表面处理对树脂基复合材料界面剪切性能的影响

采用表面涂层和低温冷等离子体技术等多种方法对NiTi合金纤维表面进行预处理,改善纤维表面的浸润性,达到纤维与树脂界面很好的粘结,对样品进行界面剪切强度的测定,并用电镜观察纤维表面形貌的变化。实验结果表明:NiTi合金纤维经不同方法处理后,纤维的浸润性和界面的粘结强度有不同程度的改变,而经过列克纳涂层处理的样品剪切强度有很大的提高,通过电镜的扫描图片可以看到纤维的表面粘有大量的树脂,达到了很好的粘合。     

活化溅射法在NiTi合金上制备TiO2生物薄膜

采用活化溅射方法,在不同溅射电压条件下,在NiTi形状记忆合金表面成功制备出了纳米TiO2生物薄膜.采用台阶轮廓仪和拉曼光谱仪研究溅射电压对薄膜厚度和晶体结构的影响,并对NiTi合金覆膜前后在37℃模拟人体体液中的耐腐蚀性能进行了评价.结果表明,在本实验条件下薄膜为锐钛矿结构,薄膜表面均匀,其主要成分为纳米尺寸的TiO2;TiO2薄膜明显改善了NiTi合金在37℃模拟人体体液中的耐腐蚀性能.     

添加钽对电弧熔丝增材制备镍钛形状记忆合金组织性能的影响

NiTiTa三元形状记忆合金(SMAs)是潜在的生物医用材料,且电弧增材制造(WAAM)技术已经广泛应用于NiTi合金的研究中,研究Ta添加对WAAM的NiTi合金组织性能的影响具有重要意义.利用WAAM技术分别制造了5层NiTi合金和NiTiTa合金薄壁构件,系统研究了Ta添加对NiTi合金的微观组织、相变行为、力学性能以及抗腐蚀能力的影响.结果表明,与NiTi合金相比,NiTiTa合金的晶粒显著细化,析出相由NiTi合金中的Ni₃Ti转变为Ni(Ti, Ta)₂.此外,其相变温度显著提高,导致了室温下的组织由完全奥氏体相(B2)转变为奥氏体(B2)和马氏体(B19’)的混合相.拉伸试验结果表明,NiTiTa合金试样相较于NiTi合金试样的抗拉强度提升了9.5%,但延伸率下降了6.8%.极化曲线结果表明,NiTiTa合金具有更高的自腐蚀电位和更小的腐蚀电流密度,抗腐蚀能力显著提升.本研究为促进WAAM制备的NiTiTa合金及其在生物医疗领域的应用奠定了研究基础.     

多孔NiTi记忆合金的制备与微观分析

为了提高NiTi形状记忆合金的生物活性，采用自蔓延方法成功合成了NiTi多孔合金．研究了不同Ni，Ti原子配比下合成的NiTi合金的相成分，以及预热温度对合成的NiTi合金相和孔隙度的影响，研究表明预热400℃时产物为单一的B2相，且孔隙度达到46％．     

织构对NiTi合金相变伪弹性的影响及其计算机模拟

近等原子比热轧态NiTi合金板材有较显著的择优取向,使该合金的相变伪弹性呈现明显的各向异性.拉伸实验表明拉伸轴沿与轧向成45°夹角的方向,相变伪弹性最好;沿轧向,次之;沿横向,最差.文中对NiTi织构进行了取向分布函数定量分析,并改进了NiTi单晶相变应变的晶格变形矩阵理论,以取向分布密度为加权因子,对该合金多晶的相变伪弹性进行了计算机模拟,所得结果与实测值吻合得较好.     

离子注入TiNi SMA及Co合金耐蚀性与血液相容性研究

采用离子注入法对生物医用TiNi形状记忆合金及二种Co合金进行表面改性，利用电化学测试技术，动态凝血时间及溶血率的测量，研究了改性前后合金的耐蚀性及血液相容性，结果表明，离子注入后合金的电化学稳定性显著提高，阳极极化性能变优，对TiNi、CoCrNiW和CoCrNiMo合金分别进行Mo C和Ti C双离子注入后，表面改性合金的腐蚀电位升高200mV以上，维钝电流密度减小，钝化区拓宽；合金的凝血时间延长，溶血率下降，说明离子注入提高了合金的耐蚀性及血液相容性，其中双离子注入较单离子注入效果更为显著，对双离子注入合金进行X射线衍射分析发现，在TiNi合金表面主要形成了TiC相及少量TiO、Mo2C、Mo9Ti4及Mo，在Co合金表面主要为CoCx和Co3Ti及少量TiC、TiO相，这些相弥散分布在合金表面，形成无序膜层，阻止了合金元素溶解，改善了合金的耐蚀性及血液相容性。     

基于NiTi形状记忆合金板条的恒力元件的设计研究

目的 针对NiTi形状记忆合金恒力特性应用的普遍性设计需求,得到一种具有普遍意义的NiTi合金恒力输出机构的设计规律。方法 基于有限元分析软件ANSYS仿真结论,通过优化总结得到一种NiTi合金压缩状态下产生恒力现象的几何结构的设计公式。结果 根据恒力元件设计公式得出的恒力机构能够实现压力恒定性。 结论 此结论对不同的NiTi形状记忆合金恒力元件设计具有普遍的意义,为今后各种恒力元件的设计提供了依据。     

A study on poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) covalently bonded NiTi surface for inhibiting protein adsorption

Near equiatomic NiTi alloys have been extensively applied as biomaterials owing to its unique shape memory effect, superelasticity and biocompatibility. It has been demonstrated that surfaces capable of preventing plasma protein adsorption could reduce the reactivity of biomaterials with human blood. This motivated a lot of researches on the surface modification of NiTi alloy. In the present work, following heat and alkaline treatment and silanization by trichlorovinylsilane (TCVS), coating of poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) was produced on the NiTi alloy by gamma ray induced chemical bonding. The structures and properties of modified NiTi were characterized and in vitro biocompatibility of plasma protein adsorption was investigated. The results indicated that heat treatment at 823 K for 1 h could result in the formation of a protective TiO2 layer with “Ni-free” zone on NiTi surface. It was found that PVP was covalently bonded on NiTi surface to create a hydrophilic layer for inhibiting protein adsorption on the surface. The present work offers a green approach to introduce a bioorganic surface on metal and other polymeric or inorganic substrates by gamma irradiation.     

Effect of thermal oxidation on the surface characteristics and corrosion behavior of a Ta-implanted Ti-50.6Ni shape memory alloy

A NiTi shape memory alloy (SMA) modified by Ta ion implantation was subjected to oxidation treatment in air at 723 and 873 K. Atomic force microscopy (AFM), Auger electron spectroscopy (AES), and grazing incidence X-ray diffraction (GIXRD) measurements were conducted to investigate the surface characteristics, including surface topography, elemental depth profiles, and surface phase structures. The surface roughness of the Ta-implanted NiTi increases after oxidation, and the higher the oxidation temperature is, the larger the value is. The surface of the Ta-implanted NiTi oxidized at 723 K is a nanolayer mainly composed of TiO₂/Ta₂O₅ and TiO with depressed Ni content. The Ta-implanted NiTi oxidized at 873 K is mainly covered by rutile TiO₂ in several micrometers of thickness. Potentiodynamic polarization tests indicated that the corrosion resistance of the Ta-implanted NiTi was improved after thermal oxidation at 723 K, but a negative impact was found for the Ta-implanted NiTi oxidized at 873 K.     

NiTi形状记忆合金的性能测试

研究了Φ0.5mm、Φ0.2mm的NiTi记忆合金丝的制备工艺,并对其进行了力学—热学性能的测试,得到了应力、应变、温度和相变相互之间的函数关系曲线,为NiTi记忆合金丝在自适应结构中的应用奠定了基础。     

超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合材料的制备与功能特性

基于NbTi-TiNi共晶型相变,经成分分析,通过电弧熔炼制备几种具有NbTi和TiNi记忆合金铸态双相组织的NbTiNi合金。这种合金是一种原位自生的NbTi/TiNi记忆合金复合材料,具有复合比可控(通过调整Ni或Nb含量)、可逆马氏体相变温度可调(通过调整Ti/Ni比例)的特点。通过对其辅以常规的锻造、拔丝等大变形工艺加工,使NbTi和TiNi组元细化至微米级别,进一步得到复合组元比表面大、分布均匀、界面强度高的超细片层NbTi/TiNi记忆合金复合丝材料。通过热膨胀仪和万能拉伸试验机对其进行热膨胀和力学性能测试。结果表明,该复合材料不但具有很高的屈服强度(超过1.6 GPa),还具有负膨胀点记忆效应、应变软模效应等新功能特性。     

In vitro study of human endothelial progenitor cells behaviour on nitrided Ni-free Ti–27Nb alloy

A superelastic Ni-free Ti–27Nb alloy has been synthesized and gas nitrided at high temperature to investigate its suitability for vascular implant applications. The cellular responses of human endothelial progenitor cells (EPCs) to both bare and nitrided Ti–27Nb alloy have been analyzed using Live/Dead staining, MTT assay, fluorescence microscopy and ELISA technique, as well as NiTi alloy for comparison. Live/Dead staining and MTT assay were performed to assess the cellular viability and proliferation, while fluorescence microscopy was used to analyze cell adhesion, cell morphology, and the expression of endothelial cell markers (VE-cadherin and von Willebrand factor). Secretion of the pro-inflammatory chemokine MCP (monocyte chemoattractant protein)-1 by the cells grown in contact with the analyzed materials was further verified using the enzyme-linked immunosorbent assay. The results obtained revealed that adhesion, spreading, viability, proliferation rate and phenotypic markers expression of EPCs were similar on the surfaces of Ti–27Nb and NiTi alloys. Cells exposed to nitrided Ti–27Nb surface exhibited significantly decreased inflammatory response, which may be beneficial for reducing in-stent restenosis incidence.     

镍钛形状记忆合金压缩力学行为及其密封性能

法兰密封连接是过程工业装置中最常见的可拆连接形式,在保证法兰连接良好的密封性能及长久的使用寿命上,密封新材料的开发和应用具有重要意义。以Ni_(50.9)Ti_(49.1)(原子分数)形状记忆合金为对象,研究其在压缩载荷作用下的力学行为;加工了镍钛合金平垫片,研究密封连接结构泄漏率随预紧力、介质压力及温度的变化规律。试验结果表明:镍钛合金压缩载荷作用下具有超弹性特性,马氏体相变初始应力为270 MPa,不同压紧应力下试样的回弹率都达到99%以上。在恒定预紧力下,随着介质压力的提高,密封连接的泄漏率呈增加的趋势;随着温度的增加,泄漏率呈下降的趋势。最终,依据不同的工况条件获得了最佳的预紧力范围。     

NiTi合金材料力学性能的测试与分析

采用一种新型的形状记忆合金（SMA）性能综合测试系统，对TiNi合金丝相变过程中的有关力学性能和电学性能进行测试与分析，得到其自由状态下的相变温度，约束状态下回复力随温度增加的曲线及其超弹性迟滞回线。为智能结构中SMA元件的设计提供参考和依据。     

NiTi长纤维增强Mg合金复合材料及其制备

采用球磨／热压工艺制备出一种NiTi长纤维增强Mg合金复合新材料．实验表明该复合材料具有较高的密度和硬度，基体组织均匀，长纤维没有受到损伤，与基体之间的界面清晰，没有观察到界面反应层，没有MgO形成．制备工艺简单，可操作性强．