Найвище поєднання матеріалознавства та інженерії поверхні, створюючи непохитну хірургічну структуру, яка ніколи не піддається.

Оголошення результатів

Ми успішно об’єднали передову-матеріалознавство з технологією обробки поверхні, запустивши серію «Diamond Bone» жорстких медичних труб із прорізами з-нержавіючої сталі. Цей виріб виготовлено зі спеціальної металургійної нержавіючої сталі 304V/316L і застосовує запатентований процес синергічного зміцнення «деформація - фазове перетворення», який підвищує межу текучості матеріалу до понад 1300 МПа, зберігаючи коефіцієнт подовження 15%. У поєднанні з нано-композитною обробкою поверхні коефіцієнт тертя зменшується на 60%, а біосумісність досягає найвищого рівня. Це найкраще матеріальне рішення для пристроїв класу імплант-, які повинні працювати в жорстких механічних і хімічних середовищах протягом тривалого часу.

Основні проблеми досліджень і розробок

Жорсткі внутрішні трубки-висококласних медичних пристроїв уже давно обмежені «ефектом стелі» властивостей матеріалу. Звичайна медична нержавіюча сталь (така як 316L) забезпечує чудову біосумісність і стійкість до корозії, але її міцність (зазвичай межа текучості становить близько 690 МПа) недостатня, щоб задовольнити надзвичайні вимоги до сили ін’єкції та стійкості до згинання, що висуваються все більш складними важкими та мініатюрними пристроями. Просте збільшення товщини стінки призведе до громіздкого пристрою та вузької внутрішньої порожнини, але все ще не може зменшити ризик крихкого руйнування під дією концентрації напруги. Крім того, шорсткі або неправильно оброблені поверхні не тільки є причиною виникнення втомних тріщин, але й їхній високий коефіцієнт тертя також перешкоджає плавному проходженню пристрою через тканини та може спричинити непотрібне пошкодження тканин або ризик тромбозу. Матеріали стали основним вузьким місцем, яке обмежує прорив продуктивності жорстких внутрішніх камер.

Основні технологічні інновації

• Процес мікролегування та контрольованої прокатки та охолодження (TMCP):Спільно розроблено з провідними металургійними підприємствами на основі нержавіючої сталі 316L, точні додавання слідових кількостей ванадію (V), ніобію (Nb) тощо як карбідо{2}}утворюючих елементів. Завдяки інноваційній «фазовій трансформації, викликаній-деформацією» та технології контрольованої прокатки й охолодження в матеріалі отримано композитну структуру з ультрадрібно-зернистою аустенітною матрицею та нано-дисперсним розподілом нітриду вуглецю. Ця структура зменшить розмір зерна матеріалу до рівня нижче 2 мікрометрів, а розмір нанофази, що виділяється, становить менше 50 нанометрів. Завдяки синергічному ефекту зміцнення дрібного зерна та зміцнення опадів, міцність матеріалу досягається до межі без шкоди для в’язкості та стійкості до корозії.
• Глибока холодна обробка та багато{0}}процес старіння:Після точного прорізування запровадьте -стадію холодної обробки глибиною 196 градусів, щоб сприяти перетворенню залишкового аустеніту на мартенсит, подальшому зміцненню матриці та звільненню напруги під час обробки. Потім виконайте багато-етапне точне старіння шляхом регулювання складу, розміру та розподілу виділених фаз, досягаючи «тонкого-налаштування» міцності матеріалу, модуля пружності та межі втоми. Цей процес дозволяє трубі досягти надвисокої статичної міцності, одночасно збільшуючи її термін служби втоми при циклічному навантаженні на 200%.
• Технологія багатошарового градієнтного функціонального покриття-:Розробіть трирівневу-систему обробки поверхні для «пасивації-легування-наднизьким тертям». По-перше, виконайте електрохімічну пасивацію, щоб сформувати стабільний, щільний шар -багатого хромом оксиду, закладаючи основу стійкості до корозії; потім використовуйте технологію плазмової імерсійної іонної імплантації для градієнтного-розподілу елементів азоту та вуглецю на десятки нанометрів у глибину поверхневого шару, утворюючи алмаз-аморфну ​​структуру, збільшуючи твердість поверхні вище HV 1200; нарешті, трансплантувати супер-гідрофільні/супер{9}}змащувальні полімерні щітки, утворюючи стабільний гідратований мастильний шар у середовищі рідини організму, знижуючи коефіцієнт сухого тертя до рівня нижче 0,05 і коефіцієнт мокрого тертя до рівня нижче 0,01.

Механізм дії

Виняткова продуктивність цього продукту є результатом комплексних інноваційних матеріалів від об’ємної фази до поверхневого шару. На рівні об’ємної фази надтонкі кристали та наноосаджені фази сформували міцну та однорідну структуру мікроструктури, що значно перешкоджає руху дислокацій, дозволяючи матеріалу підтримувати пружну деформацію під час надзвичайно високих навантажень і затримуючи виникнення пластичної текучості та руйнування. На мезоскопічному рівні мікроструктура після спеціальної термічної обробки має нижчий ефект Баушінгера, що означає, що її міцність менша при повторних навантаженнях на розтяг і стиснення, а її стійкість до втоми є чудовою. На рівні поверхні розділу градієнтне функціональне покриття створило «гнучку та жорстку» захисну систему: внутрішній шар загартованого шару протистоїть подряпинам і зношенню, середній шар сполучного шару забезпечує адгезію покриття, а зовнішній шар ультра-змащувального шару мінімізує механічне зчеплення та адгезію з біологічними тканинами, досягаючи ідеального стану «міцний, але не липкий", який захищає як інструмент, так і тканину.

Перевірка ефективності

Результати випробування матеріалу чудові: у випробуванні на розтяг межа текучості залишалася стабільною в діапазоні 1300-1400 МПа, міцність на розтяг перевищувала 1500 МПа, рівномірний коефіцієнт подовження був кращим за 15%, а міцність-до пластичності продукту (добуток міцності та пластичності) досяг вищого рівня галузі. Випробування на втому при обертальному згині показали, що його межа втоми після 10^7 циклів досягає 550 МПа, що в 2,5 рази більше, ніж у звичайних матеріалів. Електрохімічний поляризаційний тест у симульованій рідині тіла (PBS, 37 градусів) показав, що потенціал точкової коррозії перевищує 1000 мВ, щільність корозійного струму становить лише 10^-8 А/см², а корозійна стійкість була чудовою. Експеримент з імплантації тваринам (6 місяців) показав, що запальна реакція навколишніх тканин була помірною, фіброзна капсула була тонкою та рівномірною, і не було жодних ознак виділення продуктів корозії. Під час випробування клінічного прототипу нижня трубка, виготовлена ​​з цього матеріалу, добре зарекомендувала себе в напрямній свердла для кістки, і не утворювалося залишків зносу навіть при найвищій швидкості обертання та тиску подачі, а опір витягуванню з кістки зменшився на 70%.

Стратегія досліджень і розвитку та філософія

Ми твердо переконані, що «матеріали — це гени пристроїв». Наша стратегія досліджень і розвитку полягає в «повному-інноваційному матеріалі від атомів до пристроїв». Нас не задовольняє лише обробка стандартних сортів матеріалів; замість цього ми глибоко беремо участь у всьому процесі розробки матеріалів, плавки, обробки та обробки. Ми співпрацюємо з провідними дослідницькими установами в галузі металургії, фізичної хімії поверхні та трибології, щоб зрозуміти та контролювати поведінку матеріалів у мікро-наномасштабі. Наша філософія така: для кожного конкретного клінічного завдання налаштовуйте найбільш підходящі «матеріальні гени». Це вимагає від нас не лише володіння виробничими процесами, але й стати практиками та новаторами в матеріалознавстві, гарантуючи, що наші продукти підготовлені до максимальної продуктивності на молекулярному рівні.

Перспективи на майбутнє

Дивлячись у майбутнє, ми переходимо від «високо-ефективних матеріалів» до «інтелектуальних активних матеріалів». Ми прагнемо розробляти композитні матеріали з-самосприйняттям, як-от вбудовування розподілених оптоволоконних датчиків у металеву матрицю, що робить саму трубу інтелектуальним носієм для вимірювання напруги та температури. У той же час ми розробляємо біологічно активні поверхні, додаючи антибактеріальні іони (наприклад, срібло, цинк) або сприяючи факторам кісткоутворення (таким як BMP-2), щоб жорстка внутрішня труба могла активно брати участь у протиінфекційних процесах або процесах загоєння тканин, виконуючи свою місію механічної підтримки. Більш перспективно, ми досліджуємо інтелектуальні структури «4D-друку» на основі сплавів з пам’яттю форми або електрострикційних матеріалів, щоб створити нове покоління інтелектуальних хірургічних стрижнів, які можуть автономно регулювати локальну жорсткість або форму під час ключових хірургічних кроків відповідно до попередньо встановлених програм або зовнішніх подразників (таких як температура тіла, електричне поле).