2 Материалы с памятью формы в медицине

2.1 Никелид титана

Титан и его различные соединения широко используются в медицине без каких-либо неблагоприятных влияний. Содержание титана в организме человека составляет 9 мг. Соединения титана и титан плохо поглощаются организмом, хотя со временем он может накапливаться в легких, где обнаружены его самые высокие концентрации, 2,4 мг. Титан был найден и в лимфатических узлах, почках и печени, куда он попадает через кровь. В костной ткани содержится менее 1 мг/кг. Установлено, что допускается ежедневное потребление около 300 мкг титана.

Основным достоинством никелид-титановых имплантатов является пластичность и способность восстановления первоначальной формы при смене температурного режима. Однако любой металл – инородный материал для организма, в связи с чем, имплантат будет вызывать реакцию его тканей. Степень выраженности этой реакции является одной из основных характеристик любого имплантируемого материала. Сплав никеля и титана имеет преимущества, так как на его поверхности образуется защитная оксидная пленка, значительно повышающая степень его биологической инертности и

коррозионной стойкости. Оксидная пленка (диоксид титана) самопроизвольно

формируется в кислородосодержащей атмосфере за несколько минут, достигая толщины от 10 до 100 нм, представляет собой стойкое керамическое соединение, на котором могут отлагаться плазменные белки, органический и минерализованный матрикс кости. Приживаемость никелид–титановых конструкций связана с взаимодействием их с тканями. В опытах на животных

показано, что между контактирующей тканью и никелид–титановым имплантатом имеется связь: соединительная ткань прорастает в поры металлоконструкции, постепенно заполняя их и повторяя рельеф, обеспечивая механическую фиксацию на межфазной границе. При увеличении времени пребывания никелида титана в организме наблюдается уплотнение тканевых структур в порах и вокруг имплантата [1].

2.2 Свойства сплавов на основе никелида титана

В общих чертах диаграммасостояниясистемыTiNi представлена на рисунке 2.2. Было установлено, что гомогенныйинтервалинтерметаллическогосоединенияTiNi лежит впределах49–53 ат.% Ni притемпературе800 °С и 49,5–51 ат.% Ni притемпературе400 °С. Запределамиобластигомогенностисплавсостоит в основном из фаз TiNi+Ti₂Ni, при его обогащении относительно эквиатомного составатитаноми TiNi+ TiNi₃ при обогащении никелем.

Система характеризуется наличием двух соединений: TiNi и TiNi₃, плавящихся конгруэнтно соответственно при 1240 и 1378 °С, а также Ti₂Ni, образующегося при 1015 °С по перитектической реакции. Три эвтектические реакции протекают при 955, 1110 и 1287 °С, эвтектоидная – при 770°С.

Рисунок 2.2 – Диаграмма состояния системы TiNi [4, c. 84].

За пределами области гомогенности сплав состоит в основном из фаз TiNi+Ti₂Ni, при его обогащении относительно эквиатомного состава титаном и TiNi+ TiNi₃ при обогащении никелем. Если относительно состава фазы, обогащенной титаном, разногласий нет, то при исследовании составов, обогащенных никелем, результаты разных авторов заметно отличаются. На рисунке 2.3 приведен наиболее вероятный вариант диаграммы состояния и кристаллические структуры системы TiNi. Электронно-микроскопическими и нейтронографическими исследованиями подтверждено наличие в исходном состоянии (β-фаза) сверхструктуры В2 (типа CsCl). Нарушение дальнего порядка не происходит вплоть долинии солидуса, т.е. до температуры плавления TiNi.

Параметры решетки при стехиометрическом составе а=3,02 А. В идеальном кристалле стехиометрического состава АВ атом А занимаем α положение (0,0,0), а атом В – β положение (½, ½, ½ ). По типу решеточных дефектов сплавы со структурой В2 могут быть разделены на две группы. Первая – решеточные дефекты возникают в результате попадания атомов А в положение β и атомов В в положение α. Этот тип дефектов называют антиструктурным, или дефектами замещения. Вторая группа решеточных дефектов – только атомы В попадают в узлы подрешетки α. Такой тип дефектов называют трипл-дефектами (для стехиометрического состава существует одновременно три типа дефектов: две вакансии в β подрешетке и один атом В в узле α подрешетки) [4].

Рисунок 2.3 – Диаграмма состояния и кристаллические структуры системы TiNi [4, c. 85].

Механические свойства сплавов на основе никелида титана меняются в широких пределах в зависимости от способа изготовления, легирования, термической и термомеханической обработки. Сплавы стойки к коррозии, износу, немагнитны, совместимы с биологическими тканями, обладают высокой демпфирующей способностью [5].

В таблице 2.1 приведены химический состав и свойства сплавов ТН1 и нитинола.

Таблица 2.1 – Химический состав и свойства сплавов ТН1 и нитинола.

Сплав	Содержание элементов, % по массе
	Ti	Ni	O	C	N	H	Fe	Cu
ТН1	Основа	53,5÷56,5	0,2	0,1	0,05	 0,013	0,3	-
нитинол	Основа	54,5÷57,0	0,05	0,07	-	 0,005	0,05	0,01