Aukščiausias medžiagų mokslo ir paviršių inžinerijos derinys, sukuriantis nepalenkiamą chirurginį karkasą, kuris niekada nepasiduoda.

Rezultatų paskelbimas

Sėkmingai integravome pažangiausius -medžiagų mokslus su paviršiaus apdorojimo technologijomis, pristatydami medicininių aukštos-įtempių nerūdijančiojo plieno kietų vamzdžių „Diamond Bone“ seriją. Šis gaminys yra pagamintas iš specialaus metalurginės klasės 304V/316L nerūdijančio plieno ir naudoja patentuotą „deformacijos - fazės transformacijos“ sinerginį stiprinimo procesą, kuris padidina medžiagos takumo ribą iki daugiau nei 1300 MPa, išlaikant 15% pailgėjimo greitį. Kartu su nano-lygio kompozito paviršiaus apdorojimu trinties koeficientas sumažinamas 60 %, o biologinis suderinamumas pasiekia aukščiausią įvertinimą. Tai yra geriausias medžiagos sprendimas implantuoti{12}}įrenginiams, kurie ilgą laiką turi veikti atšiaurioje mechaninėje ir cheminėje aplinkoje.

Mokslinių tyrimų ir plėtros fono iššūkiai

Aukštos kokybės{0}}medicinos prietaisų standūs vidiniai vamzdžiai jau seniai buvo suvaržyti dėl medžiagų savybių „lubų efekto“. Įprastas medicininis nerūdijantis plienas (pvz., 316L) užtikrina puikų biologinį suderinamumą ir atsparumą korozijai, tačiau jo stiprumas (paprastai takumo riba yra apie 690 MPa) yra nepakankamas, kad atitiktų ekstremalius įpurškimo jėgos ir atsparumo lenkimui reikalavimus, kuriuos kelia vis sudėtingesni sunkieji ir miniatiūriniai prietaisai. Paprasčiausiai padidinus sienelės storį, įtaisas bus sudėtingas ir vidinė ertmė bus siaura, tačiau vis tiek nepavyks išspręsti trapios gedimo rizikos esant įtempių koncentracijai. Be to, šiurkštūs ar netinkamai apdoroti paviršiai yra ne tik nuovargio įtrūkimų priežastis, bet ir didelis jų trinties koeficientas trukdo sklandžiai prietaisui praeiti per audinius ir gali sukelti nereikalingą audinių pažeidimą ar trombozės riziką. Medžiagos tapo pagrindine kliūtimi, ribojančia standžių vidinių vamzdžių veikimo proveržį.

Pagrindinės technologinės naujovės

• Mikro legiravimo ir kontroliuojamo valcavimo bei aušinimo (TMCP) procesas:Sukurta kartu su aukščiausiomis plieno įmonėmis, 316 l nerūdijančio plieno pagrindu, tiksliai prideda nedidelius kiekius vanadžio (V), niobio (Nb) ir kt. kaip karbidą formuojančius elementus. Naudojant naujovišką „deformacijos-sukeltą fazės transformaciją“ ir kontroliuojamą valcavimo bei aušinimo technologiją, medžiagoje gaunama kompozicinė struktūra su itin smulkia-grūdėle austenito matrica ir nano-skalės anglies nitrido pasiskirstymu. Ši struktūra pagerins medžiagos grūdelių dydį iki mažesnio nei 2 mikrometrų, o nano nusodintos fazės dydis yra mažesnis nei 50 nanometrų. Dėl smulkių grūdelių stiprinimo ir stiprinimo kritulių sinergetinio poveikio medžiagos stiprumas sumažinamas iki ribos, nepažeidžiant kietumo ir atsparumo korozijai.
• Gilus šalčio gydymas ir kelių{0}}pakopų senėjimo procesas:Po tikslaus išpjovimo įdiekite -196 laipsnių šalto apdorojimo etapą, kad likutinis austenitas virstų martensitu, toliau sustiprintų matricą ir pašalintų apdirbimo įtampą. Tada atlikite kelių-pakopų tikslų senėjimo apdorojimą, reguliuodami nusodintų fazių sudėtį, dydį ir pasiskirstymą, kad pasiektumėte medžiagos stiprumo, elastingumo modulio ir nuovargio ribos „tikslų-derinimą“. Šis procesas leidžia vamzdžiui pasiekti itin aukštą statinį stiprumą ir 200% padidinti jo nuovargio tarnavimo laiką esant ciklinei apkrovai.
• Kelių-sluoksnių gradiento funkcinės dangos technologija:Sukurti „pasyvavimo-dopingo-itin mažos trinties“ trijų-pakopų paviršiaus apdorojimo sistemą. Pirmiausia atlikite elektrocheminį pasyvavimą, kad susidarytų stabilus, tankus ir chromo -turtingas oksido sluoksnis, paklodamas atsparumo korozijai pagrindą; tada naudokite plazminio panardinimo jonų implantavimo technologiją, kad azoto ir anglies elementai gradientu-paskirstytų dešimčių nanometrų paviršinio sluoksnio gylyje, suformuodami deimantą{6}}kaip amorfinę struktūrą, padidindami paviršiaus kietumą iki HV 1200; galiausiai įskiepykite super-hidrofilinius/super{9}}tepimo polimerinius šepetėlius, suformuodami stabilų hidratuotą tepimo sluoksnį kūno skysčių aplinkoje, sumažindami sausos trinties koeficientą iki mažesnio nei 0,05, o šlapio trinties koeficientą iki mažesnio nei 0,01.

Veikimo mechanizmas

Išskirtinės šio gaminio savybės kyla dėl visapusiškų medžiagų naujovių nuo birių fazių iki paviršiaus sluoksnio. Tūrinės fazės lygyje itin smulkūs kristalai ir nano-nusodintos fazės suformavo tvirtą ir vienodą mikrostruktūros karkasą, ženkliai trukdantį dislokacijos judėjimui, leidžiančiai medžiagai išlaikyti elastingą deformaciją esant itin didelėms apkrovoms ir atitolinančią plastiko išeigą bei lūžimą. Mezoskopiniame lygmenyje mikrostruktūra po specialaus terminio apdorojimo turi mažesnį Bauschinger efektą, o tai reiškia, kad jos stiprumo susilpnėjimas yra mažesnis, kai yra veikiamos pakartotinės tempimo ir gniuždymo apkrovos, o atsparumas nuovargiui yra puikus. Paviršiaus sąsajos lygyje gradientinė funkcinė danga sukonstravo „lanksčią ir standžią“ apsauginę sistemą: vidinis sukietėjusio sluoksnio sluoksnis atsparus įbrėžimams ir nusidėvėjimui, vidurinis rišančiojo sluoksnio sluoksnis užtikrina dangos sukibimą, o išorinis itin{3}}tepamojo sluoksnio sluoksnis sumažina mechaninį susirišimą ir idealų sukibimą, bet ne idealų sukibimą. lipnus“, kuris apsaugo ir instrumentą, ir audinį.

Veiksmingumo patikrinimas

Medžiagų bandymų rezultatai yra puikūs: atliekant tempimo bandymą takumo riba išliko stabili 1300-1400 MPa diapazone, tempiamasis stipris viršijo 1500 MPa, vienodas pailgėjimo laipsnis buvo didesnis nei 15%, o stiprumo -plastiškumą gaminys (pramonės stiprumo ir plastiškumo gaminys) pasiekė aukščiausią lygį. Sukamojo lenkimo nuovargio bandymas parodė, kad jo nuovargio riba po 10^7 ciklų siekė 550 MPa, o tai buvo 2,5 karto daugiau nei įprastų medžiagų. Elektrocheminis poliarizacijos bandymas imituotame kūno skystyje (PBS, 37 laipsniai) parodė, kad jo duobių potencialas viršijo 1000 mV, korozijos srovės tankis buvo tik 10^-8 A/cm², o atsparumas korozijai buvo puikus. Gyvūnų implantavimo eksperimentas (6 mėn.) parodė, kad aplinkinių audinių uždegiminis atsakas buvo lengvas, pluoštinė kapsulė plona ir vienoda, korozijos produktų išsiskyrimo požymių nebuvo. Atliekant klinikinio prototipo testavimą, apatinis iš šios medžiagos vamzdis gerai pasirodė kaulo grąžto kreiptuvėje, net esant didžiausiam sukimosi greičiui ir padavimo slėgiui nesusidarė susidėvėjimo nuolaužos, o atsparumas atsitraukimui nuo kaulo sumažėjo 70%.

Mokslinių tyrimų ir plėtros strategija ir filosofija

Mes tvirtai tikime, kad „medžiagos yra prietaisų genai“. Mūsų mokslinių tyrimų ir plėtros strategija yra „visa{1}}grandinė medžiagų inovacija nuo atomų iki įrenginių“. Mes nesame patenkinti vien tik standartinių medžiagų rūšių apdorojimu; mes aktyviai dalyvaujame visame medžiagų projektavimo, lydymo, perdirbimo ir apdorojimo procese. Bendradarbiaujame su aukščiausiomis metalurgijos, paviršių fizinės chemijos ir tribologijos tyrimų institucijomis, kad suprastume ir valdytume medžiagų elgseną mikro-nano mastu. Mūsų filosofija yra tokia: kiekvienam konkrečiam klinikiniam iššūkiui pritaikykite tinkamiausius „medžiagos genus“. Tam reikia, kad mes ne tik išmanytume gamybos procesus, bet ir taptume medžiagų mokslo praktikais bei novatoriais, užtikrinant, kad mūsų produktai būtų paruošti maksimaliam efektyvumui molekuliniu lygmeniu.

Ateities perspektyva

Žvelgdami į ateitį, pereiname nuo „didelio{0}}našumo medžiagų“ prie „protingų aktyvių medžiagų“. Esame įsipareigoję kurti kompozicines medžiagas, turinčias savaiminio -jutimo galimybes, pvz., į metalinę matricą įterpti paskirstytus optinio pluošto jutiklius, todėl pats vamzdis yra protingas įtempio ir temperatūros jutiklis. Tuo pačiu metu kuriame bioaktyvius paviršius, įkraunant antibakterinius jonus (pvz., sidabro, cinko) arba skatinant kaulų formavimosi faktorius (pvz., BMP-2), kad standus vidinis vamzdis galėtų aktyviai dalyvauti kovos su infekcija ar audinių gijimo procesuose, vykdydamas savo mechaninės palaikymo misiją. Perspektyviau tyrinėjame „4D spausdinimo“ išmaniąsias struktūras, pagrįstas formų atminties lydiniais arba elektrostrikcinėmis medžiagomis, siekdami sukurti naujos kartos išmaniuosius chirurginius velenus, kurie galėtų savarankiškai reguliuoti vietinį standumą arba formą atliekant pagrindinius chirurginius veiksmus pagal iš anksto nustatytas programas arba išorinius dirgiklius (pvz., kūno temperatūrą, elektrinį lauką).