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镍钛形状记忆合金材料的生物相容性研究进展摘要:镍钛形状记忆合金作为重要的生物医用材料已经获得了广泛的应用，但镍离子在人体环境中的释放引起了人们的忧虑。
本文结合有关镍钛形状记忆合金材料生物相容性方面的研究论文, 阐述了镍钛形状记忆合金的概念、工作原理、物化性能、生物相容性、医学应用以及发展趋势等。
关键词:Tｈe nitｉ shape memｏry alloy biocomｐａtibiliｔｙＳuｒface moｄｉｆiｃａｔｉon1引言生物医用材料（biｏmedicａｌｍatｅriaｌ)是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。
它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破，生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来,科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官,生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业．由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。
生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。
它们是“活”的,也是被整体生物控制的。
生物材料中有的是结构材料,包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织;还有许多功能材料所构成的功能部件,如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。
在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。
它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。
前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等镍钛形状记忆合金因具有独特的形状记忆效应、超弹性、较高的疲劳极限、优良的耐磨性及良好的生物相容性,在医学领域获得了广泛的应用,如畸齿丝、心血管扩张支架、骨折修复材料等。
作为一种长期植入人体的生物材料，不仅要具有良好的生物力学性能,而且还要有优异的耐蚀性和生物相容性。
记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折摘要】目的探讨记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折的方法。
方法 2008年2月～2009年12月,采用镍钛形状记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折15例,其中男9例,女6例;年龄21～69岁。
交通事故伤10例,摔伤3例,压砸伤2例。
肋骨骨折部位:3～7肋12例,8～11肋2例，2～11肋1例（同时合并锁骨骨折）。
所有患者均行切开复位内固定术,术后定期随访,观察骨折愈合情况。
结果切口均Ⅰ期愈合,无并发症发生。
术后8～12周X线片示骨折临床愈合。
结论应用镍钛形状记忆合金环抱器治疗多发性肋骨骨折具有创伤小、操作简便、安全、固定可靠、组织相容性好以及并发症少等优点,且利于促进骨折愈合和呼吸功能改善,是一种治疗多发性肋骨骨折较好的方法。
【关键词】肋骨骨折多发性记忆合金环抱器内固定2008年2月～2009年12月,我们采用镍钛记忆合金环抱器手术治疗多发性肋骨骨折15例,术后呼吸痛立即消失,胸廓畸形恢复,疗效满意。
报告如下。
1 临床资料1.1 一般资料本组男9例,女6例,年龄21～69岁。
损伤原因:车祸伤10例,摔伤3例,压砸伤2例。
单纯肋骨骨折8例,合并上肢骨折2例,下肢骨折3例,骨盆骨折1例,脊柱骨折1例,合并血胸和/或气胸、皮下气肿5例。
并发浮动胸壁伤7例。
肋骨骨折部位:3～7肋12例,8～11肋2例，2～11肋1例（同时合并锁骨骨折）。
均为闭合性骨折。
伤后3小时～10天手术。
1.2 手术方法本组采用兰州西脉记忆合金股份有限公司生产的镍钛形状记忆合金环抱器作内固定物,患者取健侧卧位,患侧上臂抬高固定于手架上。
气管插管全麻,常规术前消毒、铺巾,以准备固定之肋骨处为中心取纵形切口,切口长短根据肋骨骨折数目及骨折部位而定。
暴露骨折端,清除周围血凝块。
如有胸膜破口,可由此进入胸腔探查,视肺脏损伤情况予以清除胸腔积血,修补肺或支气管裂口,出血点止血,然后去除骨折端软组织,剥离骨折两端少许骨膜(约2cm),给予解剖复位,骨碎片复回原位。
钛合金摩擦磨损及改善技术的研究进展作者：余成君来源：《现代盐化工》2020年第03期摘要：从钛合金摩擦磨损的外部影响因素以及摩擦过程产物出发，综述了有关钛合金摩擦磨损性能与机理的研究认识，总结了当下较为常用的4类表面处理方法，即表面改性技术、表面涂镀技术、表面合金化技术以及表面复合处理技术。
最后指出了当前改善技术存在的不足，并对钛合金摩擦磨损性能的研究方向作出了展望。
关键词：钛合金;摩擦磨损机理;表面处理技术钛合金自20世纪50年代实现工业生产之后，由于其具备生物相容性、超导、储氢、形状记忆等独特功能，而被广泛应用在医疗器械、化工、航天航空、舰船等领域[1]，成为一种不可或缺的材料。
一直以来，由于钛合金的低摩擦学属性，在实际工业应用中，钛合金的表面很容易发生摩擦磨损[2]，钛合金的摩擦磨损性能较差可认为有以下几个原因：（1）加工硬化率及塑性剪切抗力低。
（2）摩擦过程闪温致使氧化膜脆弱易脱落。
（3）表面硬度较差。
钛合金应用越广泛，所产生的磨损问题越多、越复杂[3]。
因此，理解并掌握钛合金在不同使用环境中的摩擦磨损机理是改善钛合金摩擦磨损性能的重要研究步骤，但是在当前关于钛合金摩擦磨损机理的有限研究中，许多解释还存在不统一的状况。
因此，本研究对当前的研究状况进行了综述，并根据影响因素总结了一些常用的表面处理技术。
1 钛合金的摩擦磨损钛合金因其优异的性能而在诸多领域得到了广泛的应用，然而，每种材料都有其优缺点。
钛合金因表面硬度较低、摩擦磨损性能较差，在很多情况下并不能满足实际生产要求。
针对钛合金摩擦磨损性能不足这一缺点，研究者做了大量研究，主要是为掌握钛合金摩擦磨损的机理，从而为改善钛合金的低摩擦学性能提供理论依据，钛合金的摩擦磨损形式主要有：冲蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损、疲劳磨损以及微动磨损等[4]，在通常情况下，这几种形式的磨损是同时发生的，工况条件不同，磨损形式的主次也不同。
2 钛合金摩擦磨损的影响因素2.1 外部条件的影响因钛合金的塑性剪切抗力及加工硬化率较低，实际服役过程中，影响钛合金摩擦磨损性能的因素主要有载荷、位移幅值、温度、环境介质、对磨材料等。
镍钢复合材料的摩擦磨损性能研究摩擦磨损是材料工程中一个重要的研究方向，特别是对于复合材料来说。
本文将探讨镍钢复合材料的摩擦磨损性能，并且分析影响其磨损性能的因素。
首先，我们需要了解镍钢复合材料的组成和制备过程。
镍钢复合材料通常由镍层和钢层构成，其中镍层负责提供抗腐蚀性能，钢层则提供强度和刚度。
制备过程通常涉及电镀、化学气相沉积或热压等方法。
在摩擦磨损性能研究中，我们主要关注以下几个方面：摩擦系数、磨损速率、损伤机制和表面特征。
首先，摩擦系数是表征摩擦行为的重要参数。
摩擦系数较高可能导致摩擦表面温升和能量损失增加。
通过实验测试，可以得到镍钢复合材料的摩擦系数，并通过对比不同条件下的结果，分析影响摩擦系数的因素，如载荷、摩擦速度和温度等。
其次，磨损速率是评估材料耐磨性能的关键指标。
通过磨损试验，可以测量镍钢复合材料的磨损量，并计算磨损速率。
磨损试样的制备和试验条件的选择将直接影响磨损速率的结果。
同时，需要分析磨损机理，比如表面剥落、疲劳磨损、氧化磨损等，以了解不同磨损机制对性能的影响。
损伤机制也是研究镍钢复合材料摩擦磨损性能的重要方面。
常见的损伤机制包括磨粒磨损、表面疲劳和温度升高引起的热裂纹等。
通过显微观察和材料分析技术，可以探究不同损伤机制的出现原因，并提出相应的改进措施。
最后，表面特征是分析镍钢复合材料摩擦磨损性能的重要依据。
使用扫描电镜（SEM）和其他表面分析技术，可以观察到摩擦表面的形貌变化、微观损伤和表面氧化等特征。
这些观察结果可以帮助我们深入了解摩擦磨损的机理，并提出相应的改进方案。
除了以上方面的研究，还可以考虑其他因素的影响，例如材料成分、制备工艺、表面处理以及使用环境等。
通过系统研究，我们可以优化镍钢复合材料的摩擦磨损性能，提高其使用寿命和可靠性。
总之，镍钢复合材料的摩擦磨损性能是一个重要的研究方向。
通过对摩擦系数、磨损速率、损伤机制和表面特征等方面的研究，可以建立完备的评价体系，并为进一步探索优化材料性能的途径提供指导。
镍钛记忆合金材料在骨科的应用作者：齐晓军来源：《中外医疗》2012年第28期[摘要] 目的探究镍钛记忆合金材料在骨科的应用现状。
方法通过对镍钛记忆合金在骨科的具体使用方法和类型进行研究，评价镍钛记忆合金材料骨科应用的价值。
结果在骨科镍钛记忆合金材料可应用于四肢、脊柱及股骨头的骨折中，临床应用效果较为满意。
结论镍钛记忆合金材料拥有较好的生物相容性，其较好的弹性及不易磨损、抗腐蚀的优点，在骨科骨折的治疗上得到了广泛的应用。
[关键字] 镍钛形状记忆合金；骨折；内固定：骨科；应用[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742（2012）10（a）-0190-02美国研究学者BueMe通过发布对镍钛合金形状记忆效应的研究成果[1]，引发了镍钛合金的研究浪潮。
随着科技的发展，镍钛合金在医学领域的应用越来越广泛，其被称为一种生物记忆材料。
笔者通过对骨科临床阶段镍钛记忆合金在不同部位的应用进行总结，现表述如下。
1 镍钛合金的使用原理镍钛合金的形状记忆功能是指镍钛合金在低温的情况下进行塑性，当元件加热到一定的温度后，其可恢复到原来的形状。
其较好的组织相容性及弹性、耐性，可适应各种临床需要。
2 骨科的应用现状2.1 脊柱方面在颈椎病的治疗上，镍钛人工颈椎关节的应用称为治疗的新方法。
通过合金棒对人体脊柱的矫正，可达到满意的治疗效果。
镍钛记忆合金材料的使用对减少颈椎的退行性病变、降低压力及预防并发症方面有着重要的意义。
卢世壁通过镍钛合金棒治疗32例脊柱侧弯[2]，疗效满意，其研究表明其在自身的相变过程中可达到良好的水平矫正效果。
笔者通过20例23个椎关节的临床实践，通过3年的随访研究发现，患者的颈椎关节的活动度增高较为明显，神经性的压迫症状得到较好的减轻且治疗效果没有衰减。
2.2 关节方面髋臼骨折的治疗。
粉碎性的髋臼骨折一直是骨折的治疗难题之一。
髋臼关节上复杂而且形状不规则，周围血运丰富复杂。
美国研究学者BueMe通过发布对镍钛合金形状记忆效应的研究成果[1],引发了镍钛合金的研究浪潮。
随着科技的发展,镍钛合金在医学领域的应用越来越广泛,其被称为一种生物记忆材料。
笔者通过对骨科临床阶段镍钛记忆合金在不同部位的应用进行总结,现表述如下。
1镍钛合金的使用原理镍钛合金的形状记忆功能是指镍钛合金在低温的情况下进行塑性,当元件加热到一定的温度后,其可恢复到原来的形状。
其较好的组织相容性及弹性、耐性,可适应各种临床需要。
2骨科的应用现状2.1脊柱方面在颈椎病的治疗上,镍钛人工颈椎关节的应用称为治疗的新方法。
通过合金棒对人体脊柱的矫正,可达到满意的治疗效果。
镍钛记忆合金材料的使用对减少颈椎的退行性病变、降低压力及预防并发症方面有着重要的意义。
卢世壁通过镍钛合金棒治疗32例脊柱侧弯[2],疗效满意,其研究表明其在自身的相变过程中可达到良好的水平矫正效果。
笔者通过20例23个椎关节的临床实践,通过3年的随访研究发现,患者的颈椎关节的活动度增高较为明显,神经性的压迫症状得到较好的减轻且治疗效果没有衰减。
2.2关节方面髋臼骨折的治疗。
粉碎性的髋臼骨折一直是骨折的治疗难题之一。
髋臼关节上复杂而且形状不规则,周围血运丰富复杂。
在治疗物质的选择上的不仅需要良好的弹性及塑形,以适应复杂的关节形状,而且需要具备良好的稳定性,以耐受骨愈合中产生的压力。
髋臼三维记忆内固定系统的产生,合理的解决了这一难题,其不仅能解决复杂的解剖结构带来的困扰,而且手术操作十分方便。
笔者通过40例髋臼骨折的治疗研究,患者在术后2.5月时伤侧关节即可达到健侧的功能水平,随访中发现治疗效果稳定无反弹。
髋关节上通过基于Charnley髋关节置换术的研究[3],发展而来的镍钛股骨头杯,可起到良好的替代效果。
其体现了镍钛合金稳定性的特性,降低了旋转导致内翻和脱落得发生。
笔者通过8例9个髋关节手术验证了其较好的临床效果。
此外,镍钛双弧型人工髋关节的使用,可有效降低假肢的下沉。
NiTi形状记忆合金的超弹性及医学应用研究一、本文概述本文旨在深入探讨NiTi形状记忆合金的超弹性特性及其在医学应用领域的广泛影响。
NiTi，即镍钛合金，以其独特的形状记忆效应和超弹性，在众多工程领域中占据了举足轻重的地位。
尤其在医学领域，NiTi形状记忆合金的应用已逐渐成为研究热点，其在牙科、骨科、心血管科等领域的应用前景广阔。
本文将首先介绍NiTi形状记忆合金的基本特性，包括其形状记忆效应和超弹性的原理及其产生机制。
随后，将重点讨论NiTi合金在医学领域的应用现状，包括其在牙科正畸、骨科植入物、心血管支架等方面的实际应用案例。
本文还将探讨NiTi合金在医学应用中的优势和挑战，以及未来可能的发展方向。
通过对NiTi形状记忆合金超弹性特性的深入研究，以及对其在医学应用领域的系统梳理，本文旨在为相关领域的研究者提供有价值的参考，为推动NiTi合金在医学领域的进一步发展提供理论支持和实践指导。
二、NiTi形状记忆合金的基本性质NiTi形状记忆合金，也被称为镍钛合金，是一种独特的金属合金，其特性源于其独特的晶体结构和相变行为。
NiTi合金由大约50%的镍（Ni）和50%的钛（Ti）组成，其原子比例接近等原子比，这使得它具有非凡的形状记忆效应和超弹性。
形状记忆效应：NiTi合金的形状记忆效应是指合金在经历一定的塑性变形后，通过加热到某一特定温度（即Af温度以上），能够恢复其原始形状的特性。
这种效应源于合金内部发生的可逆马氏体相变。
在低温下，合金处于马氏体相，具有较高的塑性；而在高温下，合金转变为奥氏体相，具有较低的塑性。
当合金在马氏体相下发生塑性变形后，再加热至奥氏体相，合金就能通过相变恢复其原始形状。
超弹性：NiTi合金的超弹性是指合金在受到外力作用时，能够发生大的弹性变形而不产生永久塑性变形的特性。
这种特性使得NiTi 合金在受到外力后，能够迅速恢复到原始状态，具有良好的回复性。
超弹性的产生与合金内部的应力诱发马氏体相变有关。
第25卷 第2期摩擦学学报V o l25, N o2 2005年3月TR I BOLO GY M arch,2005骨科固定用镍钛形状记忆合金的摩擦磨损性能研究卢启明1,2,王海忠1,陈晓伯1,薛群基1(1.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000;2.甘肃省人民医院,甘肃兰州 730000)摘要:采用SRV摩擦磨损试验机考察了GC r15钢对常用骨科手术用固定材料——N iT i形状记忆合金在干摩擦及润滑油和人工关节液润滑下的摩擦磨损性能,同时考察了热处理对N iT i形状记忆合金摩擦磨损性能的影响;采用扫描电子显微镜观察N iT i形状记忆合金磨损表面形貌,并利用示差热分析(D SC)确定了N iT i合金的相变温度.结果表明:经过热处理的N iT i合金的形状记忆相变温度与人体体温接近,但热处理使N iT i合金的抗磨性能下降;N iT i合金在摩擦过程中受摩擦热的影响发生相转变,使其抗磨性能提高.相对于医用人工关节润滑液及其它润滑油而言,双酯作为GC r15 N iT i合金的润滑剂表现出更好的减摩和抗磨能力.关键词:N iT i形状记忆合金;人工关节液;油润滑;摩擦磨损性能中图分类号:TH117.3文献标识码:A文章编号:100420595(2005)022******* 记忆合金是一类具有形状记忆功能的合金.自1951年美国首次报道金2镉(A u2Cd)合金具有形状记忆效应以来,目前已发现有20多种合金具有形状记忆功能.钛合金的比强度高,已广泛应用于航天航空工业.但钛合金摩擦系数大、耐磨性差,这限制了其工程应用[1,2].另外,钛合金作为生物材料具有重量轻、无毒、耐腐蚀性能优良等特点,但它不具备生物活性和生物相容性.因此,许多研究人员尝试对钛及其合金进行改性处理,以扩大其在生物和医学领域的应用.就现有的形状记忆合金材料而言,考虑到其生物和化学稳定性,N iT i合金在生物和医学领域的应用前景广阔[3～5].目前,N iT i合金以其奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性能和良好的耐腐蚀性能而在临床和医疗器械等方面获得了广泛应用[6].与此同时,N iT i合金的独特性能对提高外科手术水平非常有利,其形状记忆效应、超弹性以及高阻尼特性是传统内固定材料所无法比拟的.鉴于此,其已作为人工关节而广泛用于医用外科手术中.值得注意的是,人工关节经长期使用后会产生磨损,所产生的磨屑可诱导骨吸收,从而导致人工关节无菌松动和最终失效[7].因此,有必要深入开展关节材料的摩擦学研究,以提高其耐磨性能和使用寿命.为此,本文作者考察了N iT i形状记忆合金作为骨科用人工关节支架固定材料的摩擦磨损性能,探讨了双酯、硅油、液体石蜡(L P)、去离子水及一种医用人工关节润滑液对其摩擦磨损性能的影响,期望为其作为人工关节支架材料的医学应用提供实验依据.1 实验部分N iT i合金由兰州西脉形状记忆合金公司提供,其性能达到《医疗器械和外科植入物用N iT i形状记忆合金加工材标准》要求.分别选取未经热处理和经过热处理的N iT i合金进行性能比较,热处理工艺为: 850℃保温10m in、随炉冷却、600℃水淬、500℃回火40m in.所选用的人工关节润滑液为临床治疗关节炎所用的玻璃酸钠注射液(商用名施沛特,英文名sodium hyalu ronate in jecti on,简写为SH I);硅油(Silicon o il),双酯(Doub le ester)及液体石蜡(L P,化学纯)均为商业化学品,蒸馏水由实验室自制.采用Op ti m o l SRV型摩擦磨损试验机评价N iT i基金项目:国家自然科学基金资助项目(50405040).收稿日期:2004212206;修回日期:2005202212 联系人薛群基,e2m ail:qjxue@.作者简介:薛群基,男,1942年生,研究员,中国工程院院士,目前主要从事材料摩擦学及微观摩擦学研究.合金的摩擦磨损性能.上试样为GC r 15钢球(其直径为<10mm ,硬度为59～61H R C ),下试盘为N iT i 合金试块.试验条件为:频率10H z 、振幅1mm 、试验时间20m in .采用M H 252VM 型显微硬度仪测定N iT i 合金原始表面及其磨损表面硬度.采用JS M 25600LV 型扫描电子显微镜(SE M )观察试盘磨斑表面形貌.委托耐驰公司上海应用实验室完成N iT i 合金的D SC分析.2 结果及讨论2.1 N iT i 合金材料的组成和热性能ED S 分析结果表明,未经热处理和经热处理的N iT i 合金样品的元素组成(原子分数)均为50.2%N i 和49.8%T i.图1和图2分别示出了N iT i合金在F ig 1 D SC curves of the heat 2treated and untreated N iT i alloys in heating p rocess图1 未热处理和热处理过的N iT i 合金在升温过程中的D SC曲线F ig 2 D SC curves of the heat 2treated and untreated N iT i alloys in coo ling p rocess图2 未热处理和热处理过的N iT i 合金在降温过程中的D SC 曲线升温和降温过程中的D SC 曲线.可以看出,经过热处理的N iT i 合金样品在升温和降温过程中各出现2次相变,相应的温度范围基本达到《医疗器械和外科植入物用N iT i 形状记忆合金加工标准》要求,其中升温曲线反映N iT i 合金由马氏体向奥氏体转变的过程,为吸热过程;降温曲线反映N iT i 合金由奥氏体向马氏体转变的过程,为放热过程.结合图1和图2所示D SC 分析结果可知,经过热处理的N iT i 合金在温度变化过程中出现2次可逆相转变,即从低温马氏体向中温R 相的转变和从中温R 相向高温奥氏体相的转变;其中在升温过程中R 相变与马氏体相变温度重合.经热处理的N iT i 合金在降温过程中出现中温R 相的转变;未经热处理的N iT i 合金在升温过程中仅出现由低温马氏体向高温奥氏体的直接相转变,在降温过程中不形成中温R 相.此外,未经热处理的N iT i 合金的相变温度均较经热处理N iT i 合金的低.换言之,在升温过程中,未经热处理的N iT i 合金先于热处理后的N iT i 合金发生并完成由马氏体向奥氏体的完全相转变.2.2 N iT i 合金的摩擦磨损性能图3示出了N iT i 合金在干摩擦下与GC r 15钢配副时的磨损率2载荷曲线.可以看出:经热处理的N iT i 合金在不同载荷下的磨损率比相应未经热处理合金的大;2种合金的磨损率均随载荷增加而增大;561第2期卢启明等: 骨科固定用镍钛形状记忆合金的摩擦磨损性能研究F ig3 W ear rates of heated and unheated N iT ialloys vs.load图3 热处理和未热处理的N iT i合金的磨损率2载荷曲线当载荷超过50N时,未热处理的N iT i合金的磨损率随载荷的继续增加而明显增大;而经热处理的N iT i 合金的磨损率随载荷的继续增加基本保持平稳.其原因可能在于,在较高载荷下产生的摩擦热较多,有利于N iT i合金由马氏体相转变为奥氏体相,且奥氏体参与应力诱发相变,因而合金的抗磨性能提高.这与文献[8,9]报道的奥氏体N iT i合金的抗磨性能优于马氏体N iT i合金相一致.与此同时,未经热处理的N iT i合金样品的耐磨性能优于经热处理的N iT i合金样品.由相应的D SC分析结果可知,与经热处理的N iT i合金相比,未经热处理的N iT i合金诱发奥氏体相变的温度较低,并且其在摩擦升温过程中直接发生马氏体向奥氏体的相转变;而经过热处理的N iT i合金则经历马氏体向中温R相的转变,随后发生向奥氏体相的转变.因此,在相同的摩擦磨损试验条件下,未经热处理的N iT i合金优先于经热处理的N iT i合金吸热,并发生由马氏体向奥氏体的完全相转变,从而表现出更优异的抗磨性能.医学应用要求记忆合金在受外力作用发生形变后,能在人体正常体温范围内诱发形状记忆而恢复形变.由相应的D SC分析结果可知,经过热处理后的N iT i形状记忆合金由马氏体向奥氏体转变的相变温度接近于人体体温.因此,我们选用经过热处理后的N iT i形状记忆合金作为研究对象,进一步考察其摩擦磨损性能.图4对比示出了GC r15 N iT i合金摩擦副在干摩擦和不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能测定结果.可以看出,当载荷低于50N时,双酯、去离子水及人工关节润滑液对GC r15 N iT i合金摩擦副具有较好的减摩抗磨作用[见图4(a)];当载荷较高(> 60N)时,去离子水、人工关节润滑液及液体石蜡等润滑剂对GC r15 N iT i合金摩擦副反而表现出促磨作用.其原因可能在于,液体润滑剂在较低载荷下一方面起到润滑作用,另一方面可起冷却作用,使N iT i 合金磨损表面温度降低,从而有利于应力诱发马氏体相变的发生,使合金处于超弹性的奥氏体状态,进而提高N iT i合金的抗磨能力.但在较高载荷和较强应力作用下,合金磨损表面温度较高,超过了N iT i合金形状记忆超弹性的温度范围,导致其抗磨性能下降. (a)W ear vo lum e lo ss(b)F ricti on coefficientF ig4 W ear vo lum e lo ss and fricti on coefficient ofthe GC r15 N iT i alloy lubricated byvari ous lubricants(10H z,20m in)图4 不同润滑剂润滑下GC r15 N iT i合金摩擦副的摩擦磨损性能(频率10H z,20m in)与此同时,双酯对GC r15 N iT i合金摩擦副的减摩效果最好,硅油具有一定的减摩作用,但抗磨效果不佳[见图4(b)].表1列出了摩擦磨损试验前后N iT i合金试块的硬度.可以看出,与摩擦前的合金表面相比,磨损表面硬度较高.这是由于摩擦过程中合金表面发生相变导致硬度提高所致.2.3 磨损表面分析图5示出了N iT i合金在干摩擦和润滑条件下的661摩 擦 学 学 报第25卷表1 摩擦磨损试验前后N iTi 合金表面硬度对比Table 1 Hardness changes of the N iTi alloy surface af terslidi ng under the lubr ication of var ious lubr ican tsSurface H ardness H VN iT ialloy327.3W o rn surface under dry sliding 394.1W o rn surface lubricated with L P 556.8W o rn surface lubricated w ith double ester 478.5W o rn surface lubricated w ith w ater 470.0W o rn surface lubricated w ith silicon o il 712.1W o rn surface lubricated w ith SH I791.8磨斑表面形貌SE M 照片(40N 、30m in ).可以看出:干摩擦下N iT i 合金磨损表面不平整,呈现明显的粘着迹象[见图5(a )];双酯润滑下N iT i 合金磨损表面相对较为光滑,呈现轻微腐蚀磨损和磨粒磨损特征[见图5(b )];人工关节润滑液润滑下N iT i 合金磨损表面存在大量磨屑堆积,呈现粘着和腐蚀磨损特征[见图5(c )],相应的钢球磨损表面亦呈现腐蚀特征.ED S 分析结果表明,在人工关节润滑液润滑下,N iT i合金磨损表面的Fe 含量较高,进一步说明人工关节润滑液润滑下钢球易发生腐蚀磨损并向合金磨损表面转移成膜.3 结论a . 摩擦热促使N iT i 合金表面发生由马氏体向奥氏体的相转变,从而提高合金的表面硬度和抗磨性(a )D ry friction (b )L ubricated by doubleester (c )L ubricated by SH IF ig 5 SE M mo rpho logies of the w o rn surfaces of N iT i alloys under dry sliding (a )andlubricati on of double ester (b )and SH I (c )图5 干摩擦以及双酯和人工关节液SH I 润滑下N iT i 合金磨损表面形貌SE M 照片能.b . 热处理使得N iT i 合金的抗磨性能变差,但经热处理的N iT i 合金的形状记忆相变温度与人体体温接近,这使得其在生物和医学领域具有广阔的应用前景.c . 人工关节润滑液对钢产生腐蚀作用;硅油对GC r 15 N iT i 合金摩擦副具有一定的减摩作用,但抗磨效果不佳;双酯对GC r 15 N iT i 合金摩擦副的减摩效果最佳,可望用作N iT i 合金润滑剂.参考文献:[1] Xue Q J ,Yang J ,L a P Q ,et a l .P rogress in research ontribo logy of inter m etallic m aterials [J ].M aterials R eview ,2001,15(7):12214.[2] L i D Y .A new type of w ear 2resistant m aterial :P seudo elasticT i 2N i alloy [J ].W ear ,1998,221:1162123.[3] 周银生.陶瓷人工关节的跑合和摩擦性能研究[J ].摩擦学学报,1998,18(2):1032107.Zhou Y S .Investigati on on the running 2in 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on——N iT i shape m em o ry alloy (S M A)paired w ith GC r15steel under dry sliding and lub ricati on by doub le ester,silicon o il,liqu id paraffin, distilled w ater,and an artificial jo in t troph ic liqu id.T he m o rp ho logies of the w o rn su rfaces of the N iT i alloy lub ricated w ith differen t lub rican t system s w ere ob served u sing a scann ing electron m icro scope,w h ile the elem en tal com po siti on s of the heat2treated and un treated N iT i alloy w ere deter m ined u sing an energy disp ersive X2ray analyzer.M o reover,the hardness of the o riginal and w o rn su rfaces of the heat2treated N iT i alloy w as m easu red as w ell,and the phase tran sfo r m ati on tem peratu re of the N iT i alloy w as deter m ined u sing a differen tial scann ing calo ri m eter.A s the resu lts,the shape m em o ry p hase tran sfo r m ati on tem p eratu re of the heat2treated S M A w as clo se to the hum an body tem peratu re,w h ich is i m po rtan t to the app licati on of the S M A in b i o logical m edicine.How ever,the w ear resistance of the S M A w as decreased to som e ex ten t after the heat2treatm en t.M o reover,the fricti on2induced heat w as beneficial to speeding the p hase tran sfo r m ati on from m arten site to au sten ite of the N iT i alloy,w h ich con tribu ted to increasing the hardness and w ear resistance of the S M A.In additi on,liqu id lub ricati on conditi on fo r GC r15 N iT i alloy con tacts,the doub le ester as the lub rican t w as sup eri o r to the silicon o il,liqu id p araffin,distilled w ater,and the artificial trop h ic liqu id,in ter m s of the ab ility to reduce the fricti on and w ear of the N iT i alloy sliding again st GC r15steel.In o ther w o rds,the tested doub le ester cou ld find p rom ising app licati on as the lub rican t fo r the N iT i m em o ry alloy,bu t the artificial troph ic liqu id w as no t su itab le fo r the lub ricati on of the steel N iT i alloy p air ow ing to its co rro siveness to the steel.Key words:N iT i shape m em o ry alloy;artificial jo in ts troph ic liqu ids;o il lub ricati on;fricti on and w ear behavi o rAuthor:XU E Q un2ji,m ale,bo rn in1942,R esearch P rofesso r,m em ber of Ch inese A cadem y of Engineering,e2m ail:qjxue@n 861摩 擦 学 学 报第25卷。
