Wpływ obróbki cieplnej na powierzchniowe utlenianie i przemiany fazowe tytanowo-niklowych implantów medycznych z pamięcią kształtu

Tytanowo-niklowe stopy z pamięcią kształtu są z powodzeniem wykorzystywane w różnych zastosowaniach medycznych. W pracy polerowane mechanicznie stopy NiTi po różnej obróbce cieplnej, użyte do przygotowania różnych prototypów implantów medycznych, badano metodą rentgenowskiej analizy fazowej, skaningowej kalorymetrii różnicowej, testów mechanicznych i pomiarów efektów pamięci kształtu. Stwierdzono, że podczas rutynowej obróbki cieplnej w powietrzu, w zakresie temperatury 300÷600°C pręty, druty i listwy użyte do przygotowania implantów medycznych ulegały powierzchniowemu utlenianiu. Podczas krótko-czasowej obróbki cieplnej w temperaturze poniżej 500°C tworzy się ochronna, kolorowa, utleniona powierzchnia. Metodą rentgenowskiej analizy fazowej na powierzchni próbek identyfikowano biokompatybilną warstwę rutylu TiO2. Po wyżarzaniu próbek, uprzednio walcowanych na zimno w stanie martenzytycznym, obserwowano różne sekwencje przemian fazowych B2oB19' lub B2oRoB19'. Określono charakterystyczne wartości temperatury przemian w próbkach po różnej obróbce cieplnej. Po wybraniu optymalnej obróbki cieplnej przygotowano różne typy implantów medycznych. Pożądane własności funkcjonalne implantów mierzono w warunkach testu trójpunktowego zginania. Przedstawiono również przykłady zastosowania pamięciowych i supersprę-żystych prototypowych implantów NiTi w chirurgii czaszkowo-twarzowej i w chirurgii jamy brzusznej.

---

The titanium-nickel shape memory alloys have been successfully used in a variety of medical applications. In this work the mechanically polished TiNi alloys, after different heat treatments, used for the preparation of vario-us medical implant prototypes, were investigated using the X-ray diffraction, differential scanning calorimetry, mechanical tests and shape memory effect measurements. It was found that during the routine heat treatment in the air, in the temperature range 300÷600°C, the rods, wires or sheets used for the preparation of medical implants undergo surface oxidation. Short-time heat treatment at the temperatures below 500°C produces the protective, colour oxide surface. By X-ray diffraction phase analysis the biocompatible TiO2 rutile phase was identified on the surface. After the annealing of the samples, previously cold-rolled in the martensite state, the B2oB19' or B2oRoB19' sequences of the phase transformations were observed. The characteristic temperatures of transformations for the samples after different heat treatment were obtained. After the optimization of heat tre-atments various prototypes of medical implants were prepared. The desi-red functional properties of the final implants were measured by tree-point bending tests. The examples of the applications of thermal shape memory and superelastic TiNi prototype implants in craniofacial and gastrointestinal surgery have been described.