Materialshunoslik va sirt muhandisligining eng yuqori kombinatsiyasi, hech qachon taslim bo'lmaydigan jarrohlik asosini yaratadi.

Natijalarni e'lon qilish

Biz zamonaviy{0}}materialshunoslikni sirtni qayta ishlash texnologiyasi bilan muvaffaqiyatli birlashtirdik va tibbiy yuqori kuchlanishli zanglamaydigan poʻlatdan yasalgan tirqishli qattiq quvurlarni-olmos suyagi seriyasini ishga tushirdik. Ushbu mahsulot maxsus metallurgiya toifasi 304V/316L zanglamaydigan po'latdan yasalgan va patentlangan "deformatsiya - fazali transformatsiya" sinergik mustahkamlash jarayonini qo'llaydi, bu materialning oquvchanligini 1300 MPa ga oshiradi va 15% cho'zilish tezligini saqlaydi. Nano{9}}darajadagi kompozit sirtni tozalash bilan birgalikda ishqalanish koeffitsienti 60% ga kamayadi va biomoslashuv eng yuqori ko'rsatkichga etadi. Bu qattiq mexanik va kimyoviy muhitda uzoq vaqt ishlashi kerak bo'lgan implant{12}}sinf qurilmalar uchun yakuniy material yechimini taqdim etadi.

Tadqiqot va ishlanmalarning asosiy muammolari

Yuqori sifatli tibbiy asboblarning qattiq ichki quvurlari uzoq vaqtdan beri moddiy xususiyatlarning "ship effekti" bilan cheklanib kelgan. An'anaviy tibbiy zanglamaydigan po'lat (masalan, 316L) mukammal biologik moslik va korroziyaga chidamliligini ta'minlaydi, ammo uning kuchi (odatda oquvchanligi taxminan 690 MPa ni tashkil qiladi) tobora murakkablashib borayotgan og'ir va miniatyuralashtirilgan qurilmalar tomonidan qo'yiladigan in'ektsiya kuchi va egilish qarshiligiga bo'lgan ekstremal talablarni qondirish uchun etarli emas. Oddiygina devor qalinligini oshirish noqulay qurilma va tor ichki bo'shliqqa olib keladi va hali ham stress kontsentratsiyasi ostida mo'rt buzilish xavfini hal qila olmaydi. Bundan tashqari, qo'pol yoki noto'g'ri ishlov berilgan yuzalar nafaqat charchoq yoriqlarining kelib chiqishi, balki ularning yuqori ishqalanish koeffitsienti ham qurilmaning to'qimalardan silliq o'tishiga to'sqinlik qiladi va keraksiz to'qimalarga zarar etkazishi yoki tromboz xavfini keltirib chiqarishi mumkin. Materiallar qattiq ichki quvurlarning ishlashini cheklaydigan asosiy to'siq bo'ldi.

Asosiy texnologik innovatsiyalar

• Mikroqotishma va boshqariladigan prokat va sovutish (TMCP) jarayoni:Eng yaxshi po'lat korxonalari bilan birgalikda 316L zanglamaydigan po'lat asosida ishlab chiqilgan, karbid-hosil qiluvchi elementlar sifatida vanadiy (V), niobiy (Nb) va boshqalarni aniq qo'shing. Innovatsion "deformatsiya{4}}fazali transformatsiya" va boshqariladigan prokat va sovutish texnologiyasi orqali material ichida o'ta nozik taneli ostenit matritsasi va nano{6}}miqyosdagi uglerod nitridi dispers taqsimotiga ega kompozit tuzilma olinadi. Ushbu struktura materialning don o'lchamini 2 mikrometrdan pastroqqa aniqlaydi va nano cho'kma bosqichining o'lchami 50 nanometrdan kamroq. Nozik donni mustahkamlash va yog'ingarchilikni kuchaytirishning sinergik ta'siri orqali materialning mustahkamligi qattiqlik va korroziyaga chidamliligiga zarar bermasdan chegaraga suriladi.
• Chuqur sovuqni davolash va ko'p{0}}bosqichli qarish jarayoni:Aniq tirqishdan so'ng, qoldiq ostenitning martensitga aylanishi, matritsani yanada mustahkamlash va ishlov berish stressini bo'shatish uchun -196 daraja chuqur sovuq ishlov berish bosqichini kiriting. Soʻngra choʻkma fazalarning tarkibi, hajmi va taqsimlanishini tartibga solish, materialning mustahkamligi, elastik modul va charchoq chegarasining “nozik-sozlanishiga” erishish orqali koʻp bosqichli aniq qarish jarayonini bajaring. Ushbu jarayon quvurga juda yuqori statik quvvatga erishishga imkon beradi, shu bilan birga tsiklik yuk ostida charchoq muddatini 200% ga oshiradi.
• Ko'p qatlamli gradient funktsional qoplama texnologiyasi:"Passivatsiya{0}}doping-oʻta past ishqalanish" uch-darajali sirtni tozalash tizimini ishlab chiqish. Birinchidan, barqaror, zich va xromga{4}} boy oksidli qatlam hosil qilish uchun elektrokimyoviy passivatsiyani amalga oshiring, korroziyaga chidamliligi uchun poydevor qo'ying; keyin, azot va uglerod elementlarini sirt qatlamining oʻnlab nanometr chuqurligiga-tarqatib, olmosga oʻxshash amorf tuzilmani-hosil qilib, sirt qattiqligini HV 1200 dan yuqori darajaga oshirish uchun plazma immersion ion implantatsiyasi texnologiyasidan foydalaning; nihoyat, super{8}}gidrofil/super{9}}moylash polimer cho‘tkalarini payvandlab, tana suyuqligi muhitida barqaror gidratlangan moylash qatlamini hosil qilib, quruq ishqalanish koeffitsientini 0,05 dan va nam ishqalanish koeffitsientini 0,01 dan pastga tushiradi.

Harakat mexanizmi

Ushbu mahsulotning ajoyib ishlashi ommaviy fazadan sirt qatlamigacha bo'lgan keng qamrovli material innovatsiyasidan kelib chiqadi. Ommaviy fazalar darajasida o'ta nozik kristallar va nano cho'kmali fazalar kuchli va bir xil mikro tuzilmali ramka hosil qildi, bu dislokatsiya harakatiga sezilarli darajada to'sqinlik qiladi, materialni o'ta yuqori yuklarga duchor bo'lganda elastik deformatsiyani saqlab turishga imkon beradi va plastik hosil bo'lishi va sinishi paydo bo'lishini kechiktiradi. Mezoskopik darajada, maxsus issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng mikro tuzilma pastroq Bauschinger ta'siriga ega, ya'ni takroriy kuchlanish va siqish yuklariga duchor bo'lganda uning kuch susayishi kichikroq bo'ladi va uning charchoqqa chidamliligi juda yaxshi. Yuzaki interfeys darajasida gradient funktsional qoplamasi "moslashuvchan va qattiq" himoya tizimini yaratdi: qotib qolgan qatlamning ichki qatlami tirnalgan va aşınmaya bardoshli, biriktiruvchi qatlamning o'rta qatlami qoplamaning yopishishini ta'minlaydi va ultra{3}}moylash qatlamining tashqi qatlami to'qimalarning mexanik o'zaro bog'lanishi va qo'shilishining ideal holatini minimallashtiradi. yopishqoq emas ", bu asbobni ham, to'qimalarni ham himoya qiladi.

Samaradorlikni tekshirish

Materiallarni sinash natijalari e'tiborga loyiqdir: tortishish sinovida 1300-1400 MPa oralig'ida oquvchanlik barqarorligi saqlanib qoldi, tortishish kuchi 1500 MPa dan oshdi, bir xil cho'zilish darajasi 15% dan yuqori va mustahkamlik va plastiklik mahsuloti sanoatining eng yuqori darajasiga yetdi. Aylanadigan egilish charchoq testi shuni ko'rsatdiki, 10 ^ 7 tsikldan keyin uning charchoq chegarasi 550 MPa ga teng, bu an'anaviy materiallardan 2,5 baravar ko'p. Simulyatsiya qilingan tana suyuqligidagi elektrokimyoviy qutblanish testi (PBS, 37 daraja) uning chuqurlashish potentsiali 1000 mV dan oshganligini, korroziya oqimi zichligi 10^-8 A/sm² gacha past ekanligini va korroziyaga chidamliligi juda yaxshi ekanligini ko'rsatdi. Hayvonlarni implantatsiya qilish tajribasi (6 oy) shuni ko'rsatdiki, atrofdagi to'qimalarning yallig'lanish reaktsiyasi engil, tolali kapsula nozik va bir xil bo'lib, korroziya mahsulotining chiqishi belgilari yo'q. Klinik prototip sinovida ushbu materialdan tayyorlangan pastki trubka suyak burg'ulash yo'riqnomasida yaxshi ishladi va eng yuqori aylanish tezligi va besleme bosimida ham hech qanday aşınma qoldiqlari hosil bo'lmadi va suyakdan tortib olishga qarshilik 70% ga kamaydi.

Tadqiqot va rivojlanish strategiyasi va falsafa

Biz "materiallar - bu qurilmalarning genlari" ekanligiga qat'iy ishonamiz. Bizning tadqiqot va ishlanma strategiyamiz "atomlardan qurilmalargacha boʻlgan toʻliq-material innovatsiyalar"dir. Biz faqat standart materiallar navlarini qayta ishlash bilan qoniqmaymiz; Buning o'rniga biz materialni loyihalash, eritish, qayta ishlash va qayta ishlashning butun jarayonida chuqur ishtirok etamiz. Mikro{4}}nano miqyosdagi materiallarning harakatini tushunish va nazorat qilish uchun biz metallurgiya, sirt fizik kimyosi va tribologiya boʻyicha yetakchi tadqiqot institutlari bilan hamkorlik qilamiz. Bizning falsafamiz: har bir aniq klinik muammo uchun eng mos "moddiy genlarni" moslashtiring. Bu bizdan nafaqat ishlab chiqarish jarayonlarida malakali bo'lishimizni, balki mahsulotimiz molekulyar darajada eng yuqori samaradorlikka tayyor bo'lishini ta'minlab, materialshunoslik bo'yicha amaliyotchi va innovator bo'lishni ham talab qiladi.

Kelajak istiqbollari

Kelajakka qarab, biz “yuqori{0}}samarador materiallar”dan “aqlli faol materiallar”ga o‘tmoqdamiz. Biz metall matritsaga taqsimlangan optik tolali datchiklarni kiritish, quvurni stress va haroratni sezish uchun aqlli tashuvchiga aylantirish kabi{2}}o‘z-o‘zini sezish qobiliyatiga ega kompozit materiallarni ishlab chiqishga sodiqmiz. Shu bilan birga, biz antibakterial ionlarni (masalan, kumush, rux) yuklash yoki suyak hosil bo'lish omillarini (masalan, BMP-2) rag'batlantirish orqali biologik faol yuzalarni ishlab chiqmoqdamiz, shunda qattiq ichki quvur o'zining mexanik qo'llab-quvvatlash vazifasini bajara turib, infektsiyaga qarshi yoki to'qimalarni davolash jarayonlarida faol ishtirok etishi mumkin. Kelajakda biz shakl xotirasi qotishmalari yoki elektrostriktiv materiallarga asoslangan "4D bosib chiqarish" aqlli tuzilmalarini tadqiq qilmoqdamiz, bu esa oldindan o'rnatilgan dasturlarga yoki tashqi stimullarga (masalan, tana harorati, elektr maydoni kabi) muvofiq asosiy jarrohlik bosqichlarida mahalliy qattiqlik yoki shaklni avtonom tarzda sozlashi mumkin bo'lgan aqlli jarrohlik shaftalarining keyingi avlodini yaratishga qaratilgan.