Studying the effect of TiO2 coating and improving biocompatibility of NiTiSn biomedical shape memory alloys

Abstract

NiTiSn şekil hatırlamalı alaşımlar, alaşım elementlerine, bileşimlerine, üretim tekniklerine ve diğer prosedürlere bağlı olarak çok yönlü uygulamalara sahiptir. Bu çalışma, birinci bölümde Ni50-xTi50Snx ŞHA'lar, ikinci bölümde ise Ni47Ti50Sn3 tel şeklinde alaşım olmak üzere iki bölümden oluşmuştur. Alaşımlar için diferansiyel taramalı kalorimetri, Vickers mikro sertliği, XRD, SEM ve EDX omak üzere birçok farklı ölçüm yapılmıştır. Burada, alşaımların mikro sertliği ve kristalit boyutundaki değişimin uyum içinde olduğu belirlenmiştir. Martensit ve ostenit faz dönüşüm sıcaklıkları pik değerleri, DSC çevrim işleminin sayısı artırılarak daha düşük sıcaklığa taşınmış, ayrıca alaşımda Ni elementi yerine Sn elementi eklenerek faz dönüşüm sıcaklığındaki kayma hızı yükseltilmiştir.İkinci bölümde, Tel şeklindeki NiTiSn ŞHA'larda TiO2 kaplamanın etkisi ve biyouyumluk özelliklerinin iyileştirmeler incelenmiştir. Oksitlenmemiş ve oksitlenmiş NiTiSn-tel ŞHA' ların oksidasyon davranışları, faz dönüşümü sıcaklığı, kristal yapıları, mikro yapıları ve korrozivite değerleri açısından incelenmiştir. Ayrıca, Oksitlenmemiş ve oksitlenmiş tel için in vitro çalışması vücut sıcaklığında simüle edilmiş vücut sıvısı ve fizyolojik serumda gerçekleştirilmiştir. Oksitlenmemiş ŞHA'ın korozyon hızı simüle edilmiş vücut sıvısı ve fizyolojik serumda sırasıyla 481 ve 786 μm / yıl olarak bulundu ve bu, eşit atomlu NiTi ŞHA'lar için bildirilen değerden daha düşüktür. Sonuç olarak, NiTiSn-telinin oldukça biyouyumlu olduğu ve insan vücuduna implantasyon gibi çeşitli amaçlarla kullanılabileceği söylenebilir.

NiTiSn shape memory alloys have versatile applications based on their alloying element, composition, production technique, and other treating procedures. This study consists of two parts, in the first part Ni50-xTi50Snx SMAs, and in the second part a wire formed Ni47Ti50Sn3 alloy was investigated. Many different measurements were performed for the alloys, including differential scanning calorimetry, Vickers microhardness, XRD, SEM, and EDX. Also, The change in the microhardness and crystallite size of the alloys were in harmony. The martensite peaks and austenite troughs were moved to the lower temperature by increasing the number of cycling processes, additionally, the shifting rate was amplified by substituting more Ni with Sn element in the alloy. In the second part, the impact of TiO2 coating and some other biocompatible improvements in the NiTiSn wire-shaped SMAs was investigated. The as-cast and oxidized NiTiSn-wire SMAs were examined for their oxidation behavior, phase transformation, crystal structure, microstructure, and corrosivity. Besides, the in-vitro study for the as-cast and oxidized wire was carried out in simulated body fluid and physiological solution at body temperature. The corrosion rate of the as-cast SMA was 481 and 786 μm/year in simulated body fluid and physiological serum, respectively, which is less than the value reported for an equiatomic NiTi SMAs. Consequently, It can be stated that NiTiSn-wire is highly biocompatible and may be used for various purposes such as implantation in the human body.