Моделирование деформационного поведения TiNi-сплава с TiN-покрытиями для медицинского применения

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.

1. Гюнтер, В. Э. Никелид титана. Медицинский материал нового поколения. – Томск: Изд-во МИЦ, 2006. – 296 с.

2. Shape Memory Materials / eds.: K. Otsuka, C. M. Wayman. – Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1999. – 291 p.

3. 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.

4. 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-d

5. Evaluation 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.820280508

6. Мартенситные 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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/10.29235/1561-8323-2021-65-1-119-128

10. Милюкина, 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.

11. 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.

12. Dental Materials and Their Selection / ed. W. J. O’Brien. – Quintessence Publ. Co. Inc., 2002. – 418 p.

13. 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.

14. 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.