vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2023-68-2-113-120vestift-796Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYМоделирование деформационного поведения TiNi-сплава с TiN-покрытиями для медицинского примененияSimulation of deformation behavior of TiNi alloy with TiN coatings for medical applicationsРубаникВ. В.RubanikV. V.

Рубаник Василий Васильевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией физики металлов

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск, Республика Беларусь

Vasili V. Rubanik – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sci. (Engineering), Professor, Head of the Laboratory of Physics of Metals

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk, Republic of Belarus

v.v.rubanik@tut.byБагрецД. А.BahretsD. A.

Багрец Дмитрий Александрович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск, Республика Беларусь

Dzmitry A. Bahrets – Cand. Sci. (Engineering), SeniorResearcher

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk, Republic of Belarus

bagurets@gmail.comРубаникВ. В.Rubanik jr.V. V.

Рубаник Василий Васильевич (мл.) – доктор технических наук, доцент, директор

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск, Республика Беларусь

Vasili V. Rubanik (jr.) – Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Director

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk, Republic of Belarus

ita@vitebsk.byУрбанВ. И.UrbanV. I.

Урбан Вадим Иванович – аспирант

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск, Республика Беларусь

Vadzim I. Urban – Postgraduate Student

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk, Republic of Belarus

vadik.urban1995@mail.ruДородейкоВ. Г.DorodeikoV. G.

Дородейко Вячеслав Геннадьевич – кандидат технических наук, докторант; директор

пр. Генерала Людникова, 13, 210009, Витебск, Республика Беларусь

Viachaslau G. Dorodeiko – Cand. Sci. (Engineering), Doctoral Student; Director

13, General Lyudnikov Ave., 210009, Vitebsk, Republic of Belarus

info@simurg.byИнститут технической акустики Национальной академии наук БеларусиInstitute of Technical Acoustics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут технической акустики Национальной академии наук Беларуси; Медицинское предприятие «Симург»Institute of Technical Acoustics of the National Academy of Sciences of Belarus; CJSC “Medical Enterprise “Simurg”202309072023682113120Copyright © Рубаник В.В., Багрец Д.А., Рубаник В.В., Урбан В.И., Дородейко В.Г., 20232023Рубаник В.В., Багрец Д.А., Рубаник В.В., Урбан В.И., Дородейко В.Г.Rubanik V.V., Bahrets D.A., Rubanik jr. V.V., Urban V.I., Dorodeiko V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/796

Выполнено моделирование деформационного поведения сплава никелида титана Ti–55,84 мас.% Ni (TiNi) с покрытиями из нитрида титана (TiN), полученными вакуумно-дуговым осаждением. С использованием методов дифференциальной сканирующей калориметрии и трехточечного изгиба исследованы параметры мартенситных превращений и деформационное поведение данного сплава. Обоснованы значения характеристических температур TiNi для его использования в качестве материала медицинского назначения. Рассмотрены упруго-силовые характеристики сплава, связанные с проявлением свойств в сверхэластичном состоянии. Установлены зависимости изменения фазового предела текучести, напряжения разгрузочного плато и остаточной деформации образцов TiNi с TiN-покрытиями от температуры окружающей среды в диапазоне от 6 до 37 °С. На основе данных зависимостей получена деформационная кривая, позволяющая прогнозировать механическое поведение изделия из никелида титана, например, стента до и во время его имплантации в организм человека. Сплавы с памятью формы на основе TiNi широко применяются в различных отраслях медицины, в связи с этим перспективны разработки технологических приемов изготовления изделий из TiNi с высокими показателями коррозионной стойкости.

The deformation behavior of the titanium nickelide alloy Ti–55.84 wt. % Ni (TiNi) with titanium nitride (TiN) coatings obtained by arc-PVD has been simulated. Differential scanning calorimetry and three-point bending test were used to study the parameters of martensitic transformations and the deformation behavior of this alloy. The values of the characteristic temperatures for the TiNi alloy that can be used in medical applications were substantiated. The elastic-force characteristics of the alloy related to the properties in the superelastic state were considered. The dependiences of the change in the phase yield strength, the stress of the unloading plateau, and the residual deformation of the TiNi samples with TiN coatings on the ambient temperature range between 6 to 37 °C were determined. Based on these dependencies, a deformation curve was obtained that can predict the mechanical behavior of a TiNi product, for example, a stent, before and during its implantation into a human body. TiNi-based shape memory alloys are widely used in various branches of medicine; therefore, the development of technological methods for manufacturing products from TiNi with high corrosion resistance is promising.

TiNi-сплавыTiN-покрытиявакуумно-дуговое осаждениесверхэластичностьмартенситные превращениятрехточечный изгибнапряжениедеформацияTiNi alloysTiN coatingsarc-PVDsuperelasticitymartensitic transformationsthree-point bendingstressdeformationReferencesГюнтер, В. Э. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения. – Томск: Изд-во МИЦ, 2006. – 296 с.Gyunter V. E. Titanium Nickelide. New Generation Medical Material. Tomsk, Publ. House MITS, 2006. 296 p. (in Russian).Shape Memory Materials / eds.: K. Otsuka, C. M. Wayman. – Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1999. – 291 p.Otsuka K., Wayman C. M. (eds.). Shape Memory Materials. Cambridge, Cambridge University Press, 1999. 291 p.Al-Waheidi, E. M. Allergic reaction to nickel orthodontic wire: a case report / E. M. Al-Waheidi // Quintessence Int. – 1995. – Vol. 26, № 6. – P. 385–387.Al-Waheidi E. M. Allergic reaction to nickel orthodontic wire: a case report. Quintessence International, 1995, vol. 26, no. 6, pp. 385–387.Bass, J. K. Nickel hypersensitivity in the orthodontic patent / J. K. Bass, H. Fine, G. J. Cisneros // Am. J. Orthod. Dentofacial. Orthop. – 1993. ‒ Vol. 103, № 3. – P. 280–285. https://doi.org/10.1016/0889-5406(93)70009-dBass J. K., Fine H., Cisneros G. J. Nickel hypersensitivity in the orthodontic patent. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 1993, vol. 103, no. 3, pp. 280–285. https://doi.org/10.1016/0889-5406(93)70009-dEvaluation of carcinogenicity and chronic toxicity associated with orthopedic implants in mice / K. Takamura [et al.] // J. Biomed. Mat. Res. – 1994. – Vol. 28, № 5. – P. 583–589. https://doi.org/10.1002/jbm.820280508Takamura K., Hayashi K., Ishinishi N., Yamada T., Sugioka Y. Evaluation of carcinogenicity and chronic toxicity associated with orthopedic implants in mice. Journal of Biomedical Materials Research, 1994, vol. 28, no. 5, pp. 583–589. https://doi.org/10.1002/jbm.820280508Мартенситные превращения и свойства поверхности никелида титана после ионно-плазменного напыления TiN / Д. А. Багрец [и др.] // Материалы, технологии, инструменты. – 2013. – Т. 18, № 2. – С. 47–51.Bahrets D. A., Klubovich V. V., Rubanik V. V., Dorodeiko V. G., Milyukina S. N., Rubanik V. V. jr. Martensitic transformations and surface properties of titanium nickelide after ion-plasma sputtering TiN. Materialy, tekhnologii, instrumenty = Materials, Technologies, Tools, 2013, vol. 18, no. 2, pp. 47–51 (in Russian).Багрец, Д. А. Волочение проволоки никелида титана с нанесенным слоем нитрида титана / Д. А. Багрец, Ю. В. Новиков, В. Ю. Новиков // Моделирование в технике и экономик: Междунар. науч.-практ. конф.: сб. материалов, Витебск, 23–24 марта 2016 г. – Витебск, 2016. – С. 130–132.Bahrets D. A., Novikov Yu. V., Novikov V. Yu. Wire drawing titanium nickelide coated with a layer of titanium nitride. Modelirovanie v tekhnike i ekonomike: Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya: sbornik materialov, Vitebsk, 23–24 marta 2016 g. [International Scientific-Practical Conference “Modeling in Technology and Economics”: Collection of Materials, Vitebsk, March 23–24, 2016]. Vitebsk, 2016, pp. 130–132 (in Russian).Влияние ионно- и электронно-лучевой модификации поверхности на эффекты сверхэластичности и памяти-формы в никелиде титана / Л. Л. Мейснер [и др.] // Журн. функциональных материалов. – 2007. – Т. 1, № 2. – С. 58–65.Meisner L. L., Nikonova I. V., Lotkov A. I., Razdorsky V. V., Kotenko M. V. Influence of ion- and electron-beam surface modification on the effects of superelasticity and shape memory in titanium nickelide. Zhurnal funktsional’nykh materialov = Journal of Functional Materials, 2007, vol. 1, no. 2, pp. 58–65 (in Russian).Задание функциональных свойств TiNi сплавам в процессе ионно-плазменного осаждения покрытий / В. В. Рубаник [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2021. – Т. 65, № 1. – С. 119–128. https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-1-119-128Rubanik V. V., Bahrets D. A., Rubanik V. V. jr., Urban V. I., Uzhekina A. N., Dorodeiko V. G. Setting the functional properties of TiNi alloys during ion-plasma coating deposition process. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2021, vol. 65, no. 1, pp. 119–128 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8323-2021-65-1-119-128Милюкина, С. Н. Технологические приемы обработки TiNi проволоки / С. Н. Милюкина, В. В. Рубаник, В. В. Рубаник, мл. // Современные перспективные материалы / под ред. В. В. Клубовича. – Витебск: Изд-во УО «ВГТУ», 2011. – Гл. 18. – С. 511–536.Milyukina S. N., Rubanik V. V., Rubanik V. V. jr. Technological methods of processing TiNi wire. Klubovich V. V. (ed.). Modern Perspective Materials. Vitebsk, Publ. House VSTU, 2011, ch. 18, pp. 511–536 (in Russian).Использование эффекта сверхэластичности при разработке внутрисосудистых медицинских имплантов из сплавов на основе никелида титана / А. И. Лотков [и др.] // Изв. Томск. политехн. ун-та. Химия и хим. технологии. – 2014. – Т. 325, № 3. – С. 122–129.Lotkov A. I., Kashin O. A., Grishkov V. N., Meisner L. L. Use of superelasticity effect when developing intravascular medical implants from nickel-titanium based alloys. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Khimiya i khimicheskie tekhnologii = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Chemistry and Chemical Technologies, 2014, vol. 325, no. 3, pp. 122–129 (in Russian).Dental Materials and Their Selection / ed. W. J. O’Brien. – Quintessence Publ. Co. Inc., 2002. – 418 p.O’Brien W. J. (ed.). Dental Materials and Their Selection. Quintessence Publ. Co. Inc., 2002. 418 p.Использование материалов с эффектом памяти формы для изготовления внутриматочных контрацептивов / В. В. Рубаник [и др.] // Охрана материнства и детства. – 2007. – № 2 (10). – C. 92–96.Rubanik V. V., Milyukina S. N., Rubanik V. V. jr., Dorodeiko V. G., Zhuravlev A. Yu. The use of shape memory materials for the manufacture of intrauterine contraceptives. Okhrana materinstva i detstva [Protection of Motherhood and Childhood], 2007, no. 2 (10), pp. 92–96 (in Russian).Феодосьев, В. И. Сопротивление материалов: в 8 т. / В. И. Феодосьев. ‒ 10-е изд., перераб. и доп. ‒ М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. ‒ Т. 2. ‒ 592 с.Feodosiev V. I. Strength of Materials. Vol. 2. Moscow, Publ. House Bauman University, 1999. 592 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.