CN108342730A - 一种在X光下可视的NiTi合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在X光下可视的NiTi合金及其制备方法。本发明以纯度为99.99％的钨粉、NiTi合金为材料，用激光熔覆的方法在NiTi合金中合金化8at.％的钨，增加其可视性。与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明制备的熔覆层在提高NiTi合金可视性同时，还满足NiTi合金力学性能和功能性的使用要求。本发明的制备方法简单、可操作性强，原料价廉易得，节约成本，具有很好的应用前景。

Description

一种在X光下可视的NiTi合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种提高NiTi合金在X光下可视性的方法。
背景技术
近年来，随着介入医疗的发展，NiTi形状记忆合金介入性器械的优势日益明显，发展非常迅速。目前NiTi形状记忆合金已广泛用于消化系统、心血管系统、泌尿系统和肿瘤等各个领域。但NiTi形状记忆合金在X光下的可视性较差，这会给手术过程中植入器械的精准定位和放置带来很大的困难，甚至导致手术的失败，特别是当植入器械比较细小的时候。现有技术中通常在NiTi形状记忆合金植入器械的不同部位附着一些可视性好的重金属标记(例如金、铂或钽等制成的细丝或薄带)来提高其可视性。但是这些附着的重金属标记一方面会引发电偶腐蚀，加剧Ni离子的释放，造成人体的不良反应和NiTi合金植入器械的早期失效；另一方面，所用的重金属标记一般价格都比较昂贵，造成NiTi合金植入器械成本的增加。迄今为止还没有理想的解决办法，如何提高NiTi合金在X光下的可视性一直备受材料学家和工程师的关注。
发明内容
为弥补现有技术的不足，解决NiTi合金在X光下的可视性较差这一难题，本发明采用激光熔覆金属钨的方法，改善NiTi合金在X光下可视性。该方法得到的熔覆样品不仅可视性好，还可满足实际应用的力学性能和功能性。
本发明的技术方案如下：以纯度为99.99％的钨粉、NiTi合金为材料，用激光熔覆的方法在NiTi合金中合金化8％(原子百分比)的钨，增加其可视性。室温下将聚乙烯醇粉末在去离子水中溶化完全，过滤去多余的聚乙烯醇，得到聚乙烯醇水溶液；将钨粉加入到聚乙烯醇水溶液中并进行搅拌，形成悬浮液。将NiTi合金放入丙酮溶液中经过超声波清洗后取出烘干，然后在其表面涂一层钨粉的悬浮液，厚度为100μm。涂好钨粉的样品放入烘干炉进行烘干，烘干温度60℃，烘干时间5小时。将烘干好的样品进行激光熔覆处理，其中激光器的脉冲宽度为1-10ms、频率为20-100Hz、扫描速度为300-1000mm/min。最后制备出可视性好的熔覆层。
优选的，所述钨粉颗粒度在2.5μm以下。
进一步的，在激光熔覆的过程中，为了防止NiTi合金的氧化，用氩气作为保护气体，氩气流量10-20L/min。
本发明同时请求保护采用上述方法制备的NiTi合金。
激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种材料改性新技术。通过激光熔覆不同材料，可以提高材料表面的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。较其他改性工艺，激光熔覆具备诸多优势，如：结合强度高、不易变形、组织致密、适合小区域的改性需求、材料消耗少、适用范围广等优点。
本发明的技术要点在于：在NiTi合金表面激光熔覆钨粉，这一技术方案不仅能显著提高NiTi合金在X光下的可视性，还能节约加工成本；在涂覆钨粉过程中加入的聚乙烯醇起到粘接剂的作用，使合金烘干时，钨粉可以更好地粘在材料表面。发明人在探索工艺时发现，钨粉的颗粒度、涂层的厚度、激光熔覆条件对NiTi合金的可视性及力学性能起到重要作用。钨粉的颗粒度不能太大，应控制在2.5μm以下，颗粒度过大一方面不容易形成稳定的钨/聚乙烯醇悬浮液，另一方面对熔覆层的力学性能产生负面影响。涂层的厚度优选在100μm，厚度过薄合金的可视性差，厚度过厚导致熔覆合金的力学性能变差。在激光熔覆过程中使用氩气作为保护气体既可以防止粉末被吹跑，又可以防止合金被氧化，提高NiTi合金的综合性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明制备的熔覆层在提高NiTi合金可视性同时，还满足NiTi合金力学性能和功能性的使用要求。本发明的制备方法简单、可操作性强，原料价廉易得，节约成本，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的熔覆样品的扫描电镜照片，其中所使用钨粉颗粒度为2.5μm，激光脉冲宽度1.5ms，频率为50Hz、扫描速度为600mm/min；
图2为本发明实施例1制备的熔覆样品及母材的应力-应变曲线；
图3为本发明实施例1制备的熔覆样品及母材在X光下的可视性照片；
图4为本发明采用不同颗粒度的钨粉和激光工艺参数制备的熔覆样品及母材在X光下的可视性照片。
具体实施方式
下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。实施例中激光熔覆工艺中激光器型号为：JHM-1GXY-700B多功能激光加工机，购自于武汉楚天工业激光设备有限公司。
实施例1
以纯度为99.99％的钨粉、商用0.1mm厚NiTi薄板为材料，室温下将聚乙烯醇粉末在去离子水中溶化完全，过滤去多余的聚乙烯醇，得到饱和聚乙烯醇水溶液；将颗粒度为2.5μm的钨粉加入到饱和聚乙烯醇水溶液中并进行搅拌，形成钨粉悬浮液，饱和聚乙烯醇水溶液与钨粉的质量比为2：1；将NiTi薄板放入丙酮溶液中经过超声波清洗后取出烘干。然后在NiTi薄板表面涂一层厚度为100μm钨粉悬浮液。将涂好钨粉悬浮液的NiTi薄板放入烘干炉进行烘干，烘干温度60℃，烘干时间5小时。然后将烘干好的NiTi薄板进行激光熔覆，脉冲宽度1.5ms，频率为50Hz、扫描速度为600mm/min，氩气作为保护气体，氩气流量20L/min。最后制备出可视性好的熔覆样品。
将实施例1制备的激光熔覆钨的NiTi合金样品用扫描电镜进行组织分析，相貌如图1所示。组织为NiTi合金基体上分布着许多白色细小的颗粒。进一步分析表明，白色细小的颗粒是一种富含钨的析出相。整个熔覆层的含钨量为8at.％。
将实施例1制备的激光熔覆钨的NiTi合金样品用万能电子拉伸机进行强度分析，并与母材和不添加钨的熔覆样品进行对比，结果如2图所示。由图2可以看出，钨的加入使熔覆样品的抗拉强度和伸长率降低，熔覆样品的断裂发生在平台应力范围。但熔覆样品仍然呈现出与母材相近的平台应力和应变，由此可知，采用本发明方法向NiTi合金中合金化一定量的钨，不会导致其机械强度下降，使NiTi合金可以满足实际应用的力学性能和功能性的要求。
将实施例1制备的激光熔覆钨的NiTi合金样品在X光下进行可视性分析，结果如图3所示。由图3可以看出，NiTi合金基体在X光下看起来比较模糊，而加入钨后的熔覆层则清晰可见，说明钨的加入大大提高了NiTi合金在X光下的可视性。
实施例2
以纯度为99.99％的钨粉、商用0.1mm厚NiTi薄板为材料，室温下将聚乙烯醇粉末在去离子水中溶化完全，过滤去多余的聚乙烯醇，得到饱和聚乙烯醇水溶液；将颗粒度为2.5μm的钨粉加入到饱和聚乙烯醇水溶液中并进行搅拌，形成钨粉悬浮液，饱和聚乙烯醇水溶液与钨粉的质量比为2：1；将NiTi薄板放入丙酮溶液中经过超声波清洗后取出烘干。然后在NiTi薄板表面涂一层钨粉悬浮液，厚度为100μm。将涂好钨粉的NiTi薄板放入烘干炉进行烘干，烘干温度60℃，烘干时间5小时。将烘干好的NiTi薄板进行激光熔覆，脉冲宽度1.7ms，频率为50Hz、扫描速度为400mm/min，最后制备出可视性好的熔覆样品。在激光熔覆的过程中，为了防止NiTi合金的氧化，用氩气作为保护气体，氩气流量20L/min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于改变钨粉的颗粒度制备熔覆样品：钨粉的颗粒度分别为1.7μm，激光器的频率50Hz，脉冲宽度1.5ms，扫描速度600mm/min。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于改变钨粉的颗粒度和激光器参数制备熔覆样品：钨粉的颗粒度分别为1.7μm，激光器的扫描速度分别为400mm/min；脉冲宽度为1.7ms，频率为50Hz。
如图4所示为本发明实施例中不同颗粒度的钨粉和激光工艺参数制备的熔覆样品及母材在X光下的可视性照片。从图4可知：钨粉颗粒度为2.5μm，熔覆层可视性好。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种在X光下可视的NiTi合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.室温下将聚乙烯醇粉末于去离子水中溶化完全，得到饱和聚乙烯醇水溶液；
S2.将钨粉加入到饱和聚乙烯醇水溶液搅拌形成悬浮液；饱和聚乙烯醇水溶液与钨粉的质量比为2：1；
S3.将NiTi合金先进行超声清洗、烘干，然后在其表面涂覆一层厚度为100μm悬浮液，放入烘干炉内烘干，烘干温度60℃，烘干时间5h；
S4.将烘干好的NiTi合金进行激光熔覆处理，其中激光器的脉冲宽度为1-10ms、频率为20-100Hz、扫描速度为300-1000mm/min，熔覆层的含钨量为8at.％，最后制备出X光下可视的NiTi合金。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钨粉纯度为99.99％，颗粒度在2.5μm以下。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在激光熔覆的过程中，用氩气作为保护气体，氩气流量10-20L/min。
4.一种在X光下可视的NiTi合金是按照权利要求1-3任一种方法制备的。
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