在將鎳鈦合金用于醫(yī)療設(shè)備時(shí)，請(qǐng)避免這四個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤

了解鎳鈦合金的特性和挑戰(zhàn)對(duì)于使用這種獨(dú)特有用的醫(yī)療器械材料進(jìn)行創(chuàng)新至關(guān)重要。

當(dāng)加熱到一定溫度以上時(shí)，它可以恢復(fù)到預(yù)定的形狀，這對(duì)于需要精確驅(qū)動(dòng)和控制的應(yīng)用非常有用，包括醫(yī)療支架和執(zhí)行器。鎳鈦合金與生物組織的相容性可最大限度地降低不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，使其適用于心臟瓣膜框架等醫(yī)療植入物和導(dǎo)絲等設(shè)備。鎳鈦合金還具有出色的抗疲勞性，使其可用于彈簧、彈性聯(lián)軸器和其他承受循環(huán)載荷的部件。

使用激光切割和增材制造等制造技術(shù)將鎳鈦合金加工成復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)和定制解決方案。

但要有效地使用鎳鈦合金，工程師必須應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜性，包括材料選擇、設(shè)計(jì)優(yōu)化、制造工藝和嚴(yán)格的生物相容性要求。正確處理和了解這些挑戰(zhàn)對(duì)于充分利用鎳鈦合金的設(shè)備創(chuàng)新潛力至關(guān)重要。

1. 未能理解鎳鈦合金的特性

使用鎳鈦合金的主要挑戰(zhàn)之一是確保完全了解其材料特性。與許多材料不同，并非所有的鎳鈦合金都是一樣的。成分和加工工藝的變化會(huì)導(dǎo)致柔韌性、抗疲勞性和整體性能的差異。

一些鎳鈦合金被設(shè)計(jì)成更柔韌，而另一些則被設(shè)計(jì)成具有更高的強(qiáng)度或抗疲勞性。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，徹底了解這些變化至關(guān)重要，以確保所選的鎳鈦合金能夠承受其項(xiàng)目的特定要求。這對(duì)于疲勞壽命（材料可以承受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)）尤為重要，這在醫(yī)療應(yīng)用中至關(guān)重要，因?yàn)樵卺t(yī)療應(yīng)用中，設(shè)備會(huì)經(jīng)歷重復(fù)的應(yīng)力循環(huán)和熱效應(yīng)。

那些使用鎳鈦合金的人在塑造材料之前還必須注意平面上的顆粒結(jié)構(gòu)。如果鎳鈦合金在顆粒上彎曲或成型，它可能會(huì)在形成過(guò)程中斷裂。

警惕百分比應(yīng)變至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懖牧系男阅芎蛪勖?strong>形狀記憶效應(yīng) - 允許鎳鈦合金在加熱時(shí)恢復(fù)到預(yù)定的形狀 - 對(duì)塑形過(guò)程中施加的應(yīng)變量很敏感。

超過(guò)建議的應(yīng)變限值會(huì)導(dǎo)致永久性變形或形狀記憶特性喪失。為了緩解這種情況，必須規(guī)定奧氏體表面處理 （AF） 溫度，在使用 ASTM F2082 中描述的彎曲和自由恢復(fù) （BFR） 測(cè)試方法發(fā)出之前，還需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

2. 產(chǎn)生具有熱效應(yīng)的鎳鈦合金微裂紋

鎳鈦合金激光切割和焊接過(guò)程中的熱效應(yīng)會(huì)影響最終產(chǎn)品的性能和耐用性。這些過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，從而產(chǎn)生熱影響區(qū) （HAZ），其中材料性能會(huì)發(fā)生變化，通常會(huì)導(dǎo)致微裂紋的形成。

鎳鈦合金完全處于奧氏體相并表現(xiàn)出超彈性的溫度通常在 20°C 至 40°C（68°F 至 104°F）之間。然而，在激光切割或焊接過(guò)程中，施加在鎳鈦合金上的強(qiáng)烈熱量會(huì)導(dǎo)致 HAZ 內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋。

微裂紋會(huì)損害設(shè)備的完整性和使用壽命。如果不加以解決，微裂紋可能會(huì)在許多醫(yī)療應(yīng)用中典型的循環(huán)負(fù)載條件下導(dǎo)致過(guò)早失效。

切割時(shí)，采用飛秒激光器來(lái)減少 HAZ，因?yàn)轱w秒切割被認(rèn)為是冷切割。激光焊接使用脈沖整形技術(shù)來(lái)控制激光器的能量輸出并隨著時(shí)間的推移減少熱量，從而減輕負(fù)面的熱效應(yīng)。

脈沖整形涉及隨著時(shí)間的推移仔細(xì)控制激光器的能量輸出，以減少引入零件的熱量。通過(guò)以受控脈沖而不是連續(xù)流的形式提供激光能量，可以最大限度地減少熱影響區(qū)，從而降低微裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。

3. 未能正確處理和處理表面

在醫(yī)療器械工程中使用鎳鈦合金的另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是對(duì)表面光潔度和處理的監(jiān)督。表面處理方法可以進(jìn)一步減輕微裂紋引起的故障。

電解拋光可以消除微裂紋，降低表面粗糙度，并通過(guò)去除表面污染物來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的整體生物相容性。為了對(duì)鎳鈦合金組件進(jìn)行電解拋光，將其浸入電解質(zhì)溶液中，同時(shí)施加直流電以從表面溶解一層薄薄的材料。

另一種處理是化學(xué)蝕刻，它使用化學(xué)溶液選擇性地從鎳鈦合金表面去除材料?；瘜W(xué)蝕刻可以有效消除微裂紋、碎屑等表面缺陷，提高設(shè)備的機(jī)械性能和抗疲勞性能?；瘜W(xué)蝕刻還允許對(duì)材料去除過(guò)程進(jìn)行精確控制，使其適用于復(fù)雜的設(shè)計(jì)和微調(diào)調(diào)整。

4. 了解鎳鈦合金制造過(guò)程

保持鎳鈦合金的完整性和性能需要在專門的制造工藝中需要適當(dāng)?shù)奶幚砗蛯I(yè)知識(shí)。

全面的質(zhì)量控制措施將在制造過(guò)程中檢測(cè)和解決缺陷。無(wú)損檢測(cè)方法，如超聲波檢測(cè)、渦流檢測(cè)和目視檢測(cè)，可以在問(wèn)題導(dǎo)致故障之前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。建立嚴(yán)格的檢查協(xié)議并定期監(jiān)控制造過(guò)程可以確保及時(shí)糾正偏差，以保持鎳鈦合金組件的高質(zhì)量和可靠性。

鑒于使用鎳鈦合金所涉及的復(fù)雜性，持續(xù)學(xué)習(xí)和改進(jìn)至關(guān)重要。與材料科學(xué)家、工藝工程師和行業(yè)專家合作可以為開(kāi)發(fā)有效的制造工藝提供寶貴的見(jiàn)解和支持。適當(dāng)?shù)奈臋n對(duì)于以結(jié)構(gòu)化、可訪問(wèn)的方式保存這些知識(shí)也很重要。

通過(guò)識(shí)別使用鎳鈦合金的常見(jiàn)錯(cuò)誤和挑戰(zhàn)，工程師可以更好地了解他們必須采取的步驟來(lái)正確處理材料，從而確保制造過(guò)程順利進(jìn)行，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的醫(yī)療設(shè)備。