материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы
Классы МПК: | C22C19/03 никеля C23C14/06 характеризуемые покрывающим материалом |
Автор(ы): | Сивоха В.П., Мейснер Л.Л., Гриценко Б.П. |
Патентообладатель(и): | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-08-18 публикация патента:
27.10.2002 |
Изобретение относится к материалам с памятью формы с модифицированной поверхностью, которые могут быть использованы в качестве имплантатов в медицине, в качестве элементов и изделий, работающих в агрессивных средах и т. д. Материал на основе никелида титана с ЭПФ с поверхностным слоем, модифицированным путем ионной имплантации легирующими элементами, в качестве которых выбраны кислород, углерод, титан и/или цирконий, имеет глубину модифицированного слоя 50-300 нм, а состав модифицированного слоя имеет следующее соотношение элементов, ат.%: кислород 25-75, углерод 5-10, титан и/или цирконий 20-50, никель 0-20. Кроме того, в качестве основы выбран никелид титана следующего состава, ат.%: никель 49-51, титан остальное. Материал с такими элементами и при данной их концентрации в модифицированном слое имеет высокую коррозионную стойкость как в исходном состоянии, так и после многократных циклов деформирования в режиме нагрузка - разгрузка, а также низкую растворимость ионов никеля в агрессивных средах. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, состоящий из основы и поверхностного слоя, модифицированного легирующими элементами путем ионной имплантации, отличающийся тем, что поверхностный слой имеет толщину 50-300 нм, а в качестве легирующих элементов содержит кислород, углерод, титан и/или цирконий при следующем соотношении элементов, ат.%:Кислород - 25 - 75
Углерод - 5 - 10
Титан и/или цирконий - 20 - 50
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что поверхностный слой дополнительно содержит до 20 ат.% никеля. 3. Материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве основы содержит никелид титана следующего состава, ат.%:
Никель - 49 - 51
Титан - Остальноел
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к материалам с эффектом памяти формы (ЭПФ) с модифицированной поверхностью, которые могут быть использованы в качестве имплантатов в медицине, в качестве элементов и изделий, работающих в агрессивных средах и т.д. Известен сплав с памятью формы из никелида титана для медицинского применения [1] . Однако поверхность такого сплава содержит тонкий слой из оксидов титана (3-10 нм), который не может предотвратить диффузию ионов никеля в раствор. Наличие в поверхностном слое не связанного кислородом титана также приводит к переходу ионов титана в раствор. Таким образом, коррозионная стойкость такого сплава низкая. Известен сплав с памятью формы для медицинского применения из никелида титана с модифицированной поверхностью [2]. Поверхность такого сплава содержит нитрид титана TiN или карбонитрид титана TiNC. Коррозионная стойкость такого сплава высокая. Недостатком этого сплава является то, что при проявлении ЭПФ нитрид титана отслаивается, TiNC - растрескивается и коррозионная стойкость резко понижается. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является сплав с эффектом памяти формы Ti - 50 ат. % Ni с модифицированной методом имплантации ионов азота поверхностью [3]. Имплантация проводилась на источнике ионов "Титан" при ускоряющем напряжении 60-80 кВ; токе - 0,2 А; длительность импульса - 400 мкс; частота - 50 Гц; доза облучения - 1016 ион![материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, патент № 2191842](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
Кислород - 25-75
Углерод - 5-10
Титан и/или цирконий - 20-50
Никель - 0-20
Кроме того, в качестве основы выбран никелид титана следующего состава, ат.%:
Никель - 49-51
Титан - Остальное
Материал с такими элементами и при данной их концентрации в модифицированном слое имеет высокую коррозионную стойкость как в исходном состоянии, так и после многократных циклов деформирования в режиме нагрузка - разгрузка, а также низкую растворимость ионов никеля в агрессивных средах. Указанные свойства достигаются тем, что имплантация ионов титана и/или циркония, кислорода и углерода создает в поверхностном слое никелида титана зону с высоким содержанием оксидов и карбидов титана и/или циркония с высокими адгезионными свойствами по отношению к матрице никелида титана. При термоциклировании или после деформации в изотермических условиях обратимое образование и исчезновение мартенситных пластин не приводит к разрушению оксидокарбидного слоя титана и/или циркония и это предопределяет высокую коррозионную стойкость данного материала в условиях циклических нагрузок. Выбор в качестве элементов для имплантации титана и/или циркония определяется тем, что матрица также содержит титан и элементы - аналоги по электронной структуре Ti и Zr не приводят к выделению каких-либо вторичных фаз. Второй особенностью выбора Ti и Zr в качестве имплантируемых элементов является то, что эти элементы легко пассивируются с образованием оксидов, биосовместимых с человеческим организмом. Выбор в качестве элементов для имплантации кислорода и углерода обусловлен тем, что эти элементы участвуют в образовании оксидов и карбидов титана и/или циркония в поверхностном слое, которые обладают хорошей адгезией с матрицей и высокой коррозионной стойкостью. Изобретение осуществляется следующим образом. Материал с ЭПФ с модифицированной поверхностью готовили поэтапно. Никелид титана состава Ti - 50,5 ат.%Ni выплавляли шестикратным электродуговым переплавом в атмосфере аргона из компонентов: титан - иодидный, никель марки НО. После плавки слиток прокатывали в пластину с промежуточными отжигами, электролитически очищали поверхность и готовили образцы для имплантации размером 50
![материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, патент № 2191842](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
![материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, патент № 2191842](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
![материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, патент № 2191842](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
![материал на основе никелида титана с эффектом памяти формы, патент № 2191842](/images/patents/279/2191003/8226.gif)
1. Патент 0145166. Медицинские устройства, включающие сплавы с памятью формы. Опубл. 13.12.89, заявл. 12.10.84, МКИ A 61 F 5/00, A 61 F 2/00, A 61 L 27/00, B 22 F 3/00; приоритет: 14.10.83 US 541852. 2. Kimura U. , Sohmura Т. Surface coating on TiNi-shape memory implant alloys// J. Osacka Univ. Dent. Sch. - 1987, 27 (dec.), p. 211-223. 3. Налесник О.И., Ясенчук Ю.Ф., Мазуркина Н.А., Итин В.И., Гюнтер В.Э. Влияние электрополировки и ионной имплантации азота в поверхность на электрохимическое поведение титана и никелида титана в растворе NaCl // Имплантаты с памятью формы. - 1992, 4, с. 53-58. 4. Эффекты памяти формы и их применение в медицине. Под ред. А.А.Монасевича. - Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1992, 742 с. 5. Chemical and electrochemichal aspects of biocompatibility of titanium and its alloys. P.Kovacs, G.A.Davidson: Medical Appl. Of Titanium and its Alloys. The Material and Biological Issues. ASTM STP 1272, S.A.Braun and J. E.Lemons Eds., American Society for Testing and Materials, 1996, p. 167-178. 6. H. Oonishi, Proc. Sec. World Congress on Biomaterials, Washington, 1984, p. 183.
Класс C23C14/06 характеризуемые покрывающим материалом