Materjaliteaduse ja pinnatehnika tipptasemel kombinatsioon, mis loob vankumatu kirurgilise raamistiku, mis ei anna kunagi järele.

Tulemuste väljakuulutamine

Oleme edukalt integreerinud tipptasemel-materjaliteaduse pinnatöötlustehnoloogiaga, lansseerides meditsiiniliste kõrgpingeliste roostevabast terasest piludega jäikade torude sarja Diamond Bone. See toode on valmistatud spetsiaalsest metallurgilise klassi 304V/316L roostevabast terasest ja kasutab patenteeritud "deformatsiooni - faasimuutuse" sünergistlikku tugevdamisprotsessi, mis suurendab materjali voolavuspiiri üle 1300 MPa, säilitades samal ajal 15% pikenemise. Koos nano-taseme komposiitpinnatöötlusega väheneb hõõrdetegur 60% ja biosobivus saavutab kõrgeima reitingu. See pakub parimat materjalilahendust implantaadikvaliteediga{12}seadmete jaoks, mis peavad töötama pikka aega karmis mehaanilises ja keemilises keskkonnas.

Teadus- ja arendustegevuse taustaprobleemid

Kvaliteetsete{0}}meditsiiniseadmete jäikaid sisekume on pikka aega piiranud materjali omaduste "laeefekt". Tavaline meditsiiniline roostevaba teras (nt 316L) tagab suurepärase biosobivuse ja korrosioonikindluse, kuid selle tugevus (tavaliselt voolavuspiir on umbes 690 MPa) ei ole piisav, et täita äärmuslikke nõudeid sissepritsejõule ja painutuskindlusele, mida esitavad üha keerukamad rasked ja miniatuursed seadmed. Ainuüksi seina paksuse suurendamine toob kaasa tülika seadme ja kitsa sisemise õõnsuse ning ei suuda siiski lahendada hapra purunemise ohtu pinge kontsentratsiooni korral. Lisaks ei ole karedad või valesti töödeldud pinnad mitte ainult väsimuspragude tekkepõhjuseks, vaid nende kõrge hõõrdetegur takistab ka seadme sujuvat läbimist kudedest ning võib põhjustada tarbetuid koekahjustusi või tromboosiriske. Materjalidest on saanud peamine kitsaskoht, mis piirab jäikade sisekummide jõudlust.

Põhiline tehnoloogiline innovatsioon

• Mikrolegeerimise ja kontrollitud valtsimise ja jahutamise (TMCP) protsess:Tippteraseettevõtetega ühiselt välja töötatud 316L roostevaba terase baasil lisatakse karbiidi moodustavate elementidena täpselt vanaadiumi (V), nioobiumi (Nb) jne jälgi. Uuendusliku "deformatsioonist-indutseeritud faasimuutuse" ning kontrollitud valtsimis- ja jahutustehnoloogia abil saadakse materjali sees ülipeene-teralise austeniitmaatriksi ja nano-skaala süsiniknitriidi dispergeeritud jaotusega komposiitstruktuur. See struktuur täpsustab materjali tera suurust alla 2 mikromeetri ja nanosadestatud faasi suurus on väiksem kui 50 nanomeetrit. Peeneteralise tugevdamise ja sademete tugevdamise sünergilise efekti kaudu viiakse materjali tugevus piirini, kahjustamata tugevust ja korrosioonikindlust.
• Sügavkülmravi ja mitmeastmeline vananemisprotsess-:Pärast täpset pilustamist rakendage -196-kraadine sügavkülmtöötlusetapp, et soodustada jääk-austeniidi muutumist martensiidiks, tugevdades veelgi maatriksit ja vabastades töötlemispinge. Seejärel teostage mitmeetapiline täpne vananemistöötlus, reguleerides sadestunud faaside koostist, suurust ja jaotust, saavutades materjali tugevuse, elastsusmooduli ja väsimuspiiri "peenhäälestuse". See protsess võimaldab torul saavutada ülikõrge staatilise tugevuse, pikendades samal ajal selle väsimusiga tsüklilise koormuse korral 200%.
• Mitme-kihilise gradiendiga funktsionaalse katmise tehnoloogia:Töötage välja passivatsiooni-doping-ülimadala hõõrdumisega kolme-tasandi pinnatöötlussüsteem. Esmalt viige läbi elektrokeemiline passiveerimine, et moodustada stabiilne, tihe ja kroomi{4}}rikas oksiidikiht, mis paneb aluse korrosioonikindlusele; seejärel kasutage plasmakümblusioonide implantatsioonitehnoloogiat, et gradient{5}}jaotada lämmastiku- ja süsinikuelemendid pinnakihi kümnete nanomeetrite sügavusele, moodustades teemanditaolise-amorfse struktuuri, suurendades pinna kõvadust üle HV 1200; lõpuks pookige kokku super-hüdrofiilsed/super-määrdepolümeerharjad, moodustades kehavedelikus keskkonnas stabiilse hüdraatunud määrdekihi, vähendades kuivhõõrdeteguri alla 0,05 ja märghõõrdeteguri alla 0,01.

Toimemehhanism

Selle toote silmapaistev jõudlus tuleneb kõikehõlmavast materjaliuuendusest puistefaasist pinnakihini. Puistefaasi tasemel on ülipeened kristallid ja nanosadestatud faasid moodustanud tugeva ja ühtlase mikrostruktuuri raamistiku, mis takistab oluliselt dislokatsiooni liikumist, võimaldab materjalil säilitada elastset deformatsiooni ülisuure koormuse korral ning lükkab edasi plastilise saagise ja purunemise tekkimist. Mesoskoopilisel tasemel on spetsiaalse kuumtöötluse järgsel mikrostruktuuril madalam Bauschingeri efekt, mis tähendab, et selle tugevuse sumbumine on korduva tõmbe- ja survekoormuse korral väiksem ning väsimuskindlus suurepärane. Pinnaliidese tasandil on gradientfunktsionaalne kate konstrueerinud "painduva ja jäiga" kaitsesüsteemi: karastatud kihi sisemine kiht on kriimustus- ja kulumiskindel, sidekihi keskmine kiht tagab katte nakkumise ja ülimalt{3}}määrdekihi välimine kiht minimeerib mehaanilise blokeeringu ja bioloogilise nakkumise, kuid mitte ideaalse nakkumise. kleepuv", mis kaitseb nii instrumenti kui ka kudet.

Tõhususe kontrollimine

Materjali testimise tulemused on tähelepanuväärsed: tõmbekatses püsis voolavuspiir stabiilsena vahemikus 1300-1400 MPa, tõmbetugevus ületas 1500 MPa, ühtlane pikenemismäär oli parem kui 15% ja tugevuse -plastsuse suhtes toode (tööstuse tugevuse ja plastilisuse produkt) saavutas tipptaseme. Pöörlemispainde väsimuskatse näitas, et selle väsimuspiir pärast 10^7 tsüklit oli koguni 550 MPa, mis oli 2,5 korda suurem kui tavalistel materjalidel. Elektrokeemiline polarisatsioonikatse simuleeritud kehavedelikus (PBS, 37 kraadi) näitas, et selle punktide potentsiaal ületas 1000 mV, korrosioonivoolu tihedus oli nii madal kui 10^-8 A/cm² ja korrosioonikindlus oli suurepärane. Loomimplantatsioonikatse (6 kuud) näitas, et ümbritsevate kudede põletikuline reaktsioon oli kerge, kiuline kapsel oli õhuke ja ühtlane ning korrosiooniproduktide vabanemise märke ei esinenud. Kliinilise prototüübi testimisel toimis sellest materjalist alumine toru luupuuri juhikus hästi ning kulumisjääke ei tekkinud isegi suurima pöörlemiskiiruse ja etteande rõhu juures ning vastupidavus luust eemaldumisele vähenes 70%.

Teadus- ja arendustegevuse strateegia ja filosoofia

Usume kindlalt, et "materjalid on seadmete geenid". Meie uurimis- ja arendusstrateegia on "täielik-ahelaline materjaliuuendus aatomitest seadmeteni". Meid ei rahulda ainult standardsete materjaliklasside töötlemine; selle asemel osaleme sügavalt kogu materjali kujundamise, sulatamise, töötlemise ja töötlemise protsessis. Teeme koostööd metallurgia, pinnafüüsikalise keemia ja triboloogia tippteadusasutustega, et mõista ja kontrollida materjalide käitumist mikro-nano skaalal. Meie filosoofia on järgmine: kohandage iga konkreetse kliinilise väljakutse jaoks kõige sobivamad "materiaalsed geenid". See nõuab meilt mitte ainult tootmisprotsesside valdamist, vaid ka materjaliteaduse praktikuteks ja uuendajateks muutumist, tagades, et meie tooted on valmis ülima jõudluse saavutamiseks molekulaarsel tasemel.

Tuleviku väljavaade

Tulevikku vaadates liigume „kõrge jõudlusega-materjalide“ asemel „intelligentsete aktiivmaterjalide“ poole. Oleme pühendunud komposiitmaterjalide väljatöötamisele, millel on isetuvastusvõimega-omadused, nagu näiteks jaotatud optiliste kiudude andurid metallmaatriksisse, muutes toru enda intelligentseks kandjaks pinge ja temperatuuri tuvastamiseks. Samal ajal arendame bioaktiivseid pindu, laadides antibakteriaalseid ioone (nagu hõbe, tsink) või soodustades luu moodustumise tegureid (nt BMP-2), et jäik sisetoru saaks aktiivselt osaleda infektsioonivastastes või kudede paranemisprotsessides, täites samal ajal oma mehaanilist tugimissiooni. Perspektiivsemalt uurime 4D-printimise intelligentseid struktuure, mis põhinevad kujumälusulamitel või elektrostriktiivsetel materjalidel, eesmärgiga luua intelligentsete kirurgiliste võllide järgmine põlvkond, mis suudavad autonoomselt reguleerida kohalikku jäikust või kuju peamiste kirurgiliste etappide ajal vastavalt eelseadistatud programmidele või välistele stiimulitele (nt kehatemperatuur, elektriväli).