Az anyagtudomány és a felületi tervezés csúcstechnológiás kombinációja, olyan hajthatatlan sebészeti vázat kovácsolva, amely soha nem adja meg magát.

Eredményhirdetés

Sikeresen integráltuk az élvonalbeli{0}}anyagtudományt a felületkezelési technológiával, és elindítottuk a „Diamond Bone” sorozatot az orvosi, nagy feszültségű, rozsdamentes acélból készült, hornyolt merev{1}csövekből. Ez a termék speciális kohászati ​​minőségű 304V/316L rozsdamentes acélból készült, és a szabadalmaztatott "deformációs - fázistranszformáció" szinergetikus erősítő eljárást alkalmazza, amely az anyag folyáshatárát 1300 MPa fölé emeli, miközben 15%-os nyúlási arányt tart fenn. A nano-szintű kompozit felületkezeléssel kombinálva a súrlódási együttható 60%-kal csökken, és a biokompatibilitás eléri a legmagasabb minősítést. Kiváló anyagmegoldást biztosít az olyan implantátumminőségű eszközökhöz, amelyeknek hosszú ideig kell működniük zord mechanikai és kémiai környezetben.

Kutatási és fejlesztési háttér kihívásai

A csúcskategóriás{0}}orvosi eszközök merev belső csöveit régóta korlátozza az anyagtulajdonságok „mennyezeti hatása”. A hagyományos orvosi rozsdamentes acél (mint például a 316L) kiváló biokompatibilitást és korrózióállóságot biztosít, de szilárdsága (általában a folyáshatár körülbelül 690 MPa) nem elégséges ahhoz, hogy megfeleljen az egyre kifinomultabb, nehéz és miniatürizált eszközök által támasztott extrém fröccsöntési erő és hajlítási ellenállás követelményeinek. A falvastagság egyszerű növelése nehézkes eszközt és szűk belső üreget eredményez, és még mindig nem tudja megoldani a feszültségkoncentráció alatti rideg meghibásodás kockázatát. Ráadásul a durva vagy nem megfelelően kezelt felületek nem csak a kifáradási repedések eredetét képezik, hanem magas súrlódási tényezőjük is akadályozza a készülék zökkenőmentes áthaladását a szöveteken, és szükségtelen szövetkárosodást vagy trombózisveszélyt is okozhat. Az anyagok az alapvető szűk keresztmetszetekké váltak, amelyek korlátozzák a merev belső csövek teljesítménybeli áttörését.

Alapvető technológiai innováció

• Mikroötvözési és szabályozott hengerlési és hűtési (TMCP) folyamat:A vezető acélipari vállalatokkal közösen kifejlesztett, 316 literes rozsdamentes acél alapú, precízen adnak hozzá nyomokban vanádiumot (V), nióbiumot (Nb) stb. keményfém -képző elemként. Az innovatív „deformáció-indukált fázisátalakítás” és a szabályozott hengerlési és hűtési technológia révén az anyagon belül egy ultrafinom-szemcsés ausztenit mátrixú és nano-léptékű szén-nitrid eloszlású kompozit szerkezet jön létre. Ez a szerkezet 2 mikrométer alá finomítja az anyag szemcseméretét, és a nano kicsapott fázis mérete kisebb, mint 50 nanométer. A finomszemcsés szilárdság és a csapadékerősítés szinergikus hatása révén az anyag szilárdsága a határokig tolódik a szívósság és a korrózióállóság károsodása nélkül.
• Mélyhideg kezelés és több-lépcsős öregedési folyamat:A precíz hornyolás után vezessen be egy -196 fokos mély hidegkezelési fokozatot, hogy elősegítse a maradék ausztenit martenzitté történő átalakulását, tovább erősítve a mátrixot és feloldja a feldolgozási feszültséget. Ezután hajtson végre több-szakaszos precíz öregedéskezelést a kicsapódott fázisok összetételének, méretének és eloszlásának szabályozásával, az anyagszilárdság, a rugalmassági modulus és a kifáradási határ "finom-hangolásával". Ez az eljárás lehetővé teszi a cső számára, hogy rendkívül nagy statikus szilárdságot érjen el, miközben 200%-kal növeli a ciklikus terhelés melletti kifáradási élettartamát.
• Több-rétegű gradiens funkcionális bevonat technológia:Fejlesszen ki egy "passzivációs-doping-ultralow súrlódású" három-szintű felületkezelő rendszert. Először végezzen elektrokémiai passziválást, hogy egy stabil, sűrű és króm{4}}dús oxidréteget képezzen, megalapozva a korrózióállóságot; majd használjon plazma merítésű ionimplantációs technológiát a nitrogén- és szénelemek gradiens-eloszlására a felületi réteg több tíz nanométeres mélységében, gyémántszerű amorf szerkezetet hozva létre, ami a felületi keménységet HV 1200 fölé emeli; végül graft szuper-hidrofil/szuper-kenő polimer keféket, amelyek stabil, hidratált kenőréteget képeznek a testfolyadék környezetében, a száraz súrlódási együtthatót 0,05 alá, a nedves súrlódási együtthatót pedig 0,01 alá csökkentve.

Hatásmechanizmus

Ennek a terméknek a kiemelkedő teljesítménye az átfogó anyaginnovációból fakad, az ömlesztett fázistól a felületi rétegig. Az ömlesztett fázis szintjén az ultrafinom kristályok és a nanocsapadékos fázisok erős és egységes mikroszerkezeti vázat alkottak, jelentősen akadályozva a diszlokációs mozgást, lehetővé téve az anyag rugalmas alakváltozásának fenntartását rendkívül nagy terhelés esetén, valamint késlelteti a képlékeny hozam és a törés kialakulását. A mezoszkópos szinten a speciális hőkezelés utáni mikrostruktúra alacsonyabb Bauschinger-hatású, vagyis ismételt húzó- és nyomóterhelés hatására kisebb a szilárdságcsillapítása, kiváló a fáradásállósága. A felületi határfelület szintjén a gradiens funkcionális bevonat "rugalmas és merev" védőrendszert épített fel: a megkeményedett réteg belső rétege ellenáll a karcolásoknak és kopásnak, a kötőréteg középső rétege biztosítja a bevonat tapadását, az ultra-kenőréteg külső rétege pedig minimalizálja a mechanikai reteszelést és a biológiai tapadást, de nem a biológiai tapadást. ragadós", amely védi a műszert és a szövetet egyaránt.

Hatékonyság ellenőrzése

Figyelemre méltóak az anyagvizsgálati eredmények: a szakítópróbában a folyáshatár stabil maradt az 1300-1400 MPa tartományban, a szakítószilárdság meghaladta az 1500 MPa-t, az egyenletes nyúlás mértéke 15%-nál jobb, a szilárdság -plaszticitásig terjedő terméke (az ipari szilárdság és plaszticitás terméke) pedig elérte a csúcsot. A rotációs hajlítási kifáradási teszt kimutatta, hogy a fáradási határa 10^7 ciklus után 550 MPa volt, ami 2,5-szerese a hagyományos anyagokénak. Az elektrokémiai polarizációs teszt szimulált testfolyadékban (PBS, 37 fok) azt mutatta, hogy a lyukasztási potenciálja meghaladta az 1000 mV-ot, a korróziós áramsűrűség 10^-8 A/cm² volt, a korrózióállóság pedig kiváló. Az állatbeültetési kísérlet (6 hónap) azt mutatta, hogy a környező szövetek gyulladásos reakciója enyhe volt, a rostos tok vékony és egyenletes volt, korróziós termék felszabadulásának nem volt jele. A klinikai prototípus tesztelés során az ebből az anyagból készült alsó cső jól teljesített a csontfúró-vezetőben, és a legnagyobb forgási sebesség és előtolási nyomás mellett sem keletkezett kopástörmelék, a csontból való kihúzási ellenállás pedig 70%-kal csökkent.

Kutatási és fejlesztési stratégia és filozófia

Meggyőződésünk, hogy "az anyagok az eszközök génjei". Kutatási és fejlesztési stratégiánk a „teljes-láncú anyaginnováció az atomoktól az eszközökig”. Nem elégszünk meg a szabványos anyagminőségek pusztán feldolgozásával; ehelyett mélyen részt veszünk az anyagtervezés, az olvasztás, a feldolgozás és a kezelés teljes folyamatában. Együttműködünk a kohászat, a felületfizikai kémia és a tribológia vezető kutatóintézeteivel, hogy megértsük és ellenőrizzük az anyagok viselkedését mikro-nano léptékben. Filozófiánk a következő: minden egyes klinikai kihíváshoz a legmegfelelőbb "anyaggéneket" kell testreszabni. Ez megköveteli tőlünk, hogy ne csak a gyártási folyamatokban legyünk jártasak, hanem az anyagtudomány gyakorlóivá és innovátoraivá is legyünk, biztosítva, hogy termékeink fel legyenek készítve a molekuláris szintű végső teljesítményre.

Jövőbeli kilátások

A jövőt tekintve a „nagy teljesítményű{0}}anyagokról” az „intelligens aktív anyagok” felé haladunk. Elkötelezettek vagyunk amellett, hogy olyan kompozit anyagokat fejlesszünk ki, amelyek önérzékelési képességgel rendelkeznek, például elosztott optikai szál-érzékelőket ágyazunk a fémmátrixba, így a csövet intelligens hordozóvá tesszük a feszültség- és hőmérsékletérzékeléshez. Ugyanakkor bioaktív felületeket fejlesztünk antibakteriális ionok (pl. ezüst, cink) feltöltésével vagy csontképző faktorok (pl. BMP-2) elősegítésével, hogy a merev belső cső aktívan részt vehessen a fertőzés elleni vagy a szövetgyógyulási folyamatokban, miközben teljesíti mechanikai támogató küldetését. Előretekintőbben az alakmemória ötvözeteken vagy elektrostriktív anyagokon alapuló "4D nyomtatás" intelligens struktúrákat kutatunk azzal a céllal, hogy létrehozzuk az intelligens sebészeti tengelyek következő generációját, amelyek képesek autonóm módon beállítani a helyi merevséget vagy alakot a kulcsfontosságú műtéti lépések során, előre beállított programok vagy külső ingerek (például testhőmérséklet, elektromos tér) szerint.