بررسی آلیاژهای نایتینول در سیم‌های ارتودنسی: خواص، کاربرد و سازوکار

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه‌ صنعتی شریف

2 گروه مواد و متالورژی، دانشگاه‌ تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

چکیده

نایتینول(NiTi)، به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی چون حافظه شکلی، مقاومت به خستگی و زیست‌سازگاری بالا، در حوزه‌های پزشکی و مهندسی بسیار مورد استفاده قرار گرفته‌است. از مهم‌ترین کاربردهای این آلیاژ در ساخت سیم‌های ارتودنسی است که به دلیل توانایی اعمال نیروی ثابت و کم‌فشار، موجب بهبود روند درمان و کاهش زمان درمان می‌شود. با این حال، چالش‌های متعددی از جمله آزادسازی یون‌های نیکل و تأثیر آن بر زیست‌سازگاری، کنترل ترکیب شیمیایی و بهینه‌سازی فرآیندهای تولید، همچنان نیازمند بررسی‌های عمیق‌تر هستند. در این پژوهش، تأثیر فرآیندهای تولید از جمله ذوب القایی و متالورژی پودر بر خواص مکانیکی و فازی سیم‌های نایتینول بررسی شده است. همچنین، نقش عملیات حرارتی و پیرسازی بر اصلاح ساختاری و بهبود خاصیت فوق‌الاستیک این آلیاژ تحلیل شده است. بررسی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که با کنترل دقیق ترکیب شیمیایی و جلوگیری از اکسیداسیون تیتانیوم در مراحل تولید، می‌توان خواص عملکردی نایتینول را بهینه‌سازی کرد. علاوه بر این، استفاده از پوشش‌های محافظ مانند Ni-P-NiTi نقش بسزایی در کاهش آزادسازی یون‌های نیکل و افزایش مقاومت به خوردگی این آلیاژ دارد. نتایج حاصل از بررسی نیروی بازگشتی سیم‌های نایتینول نشان می‌دهد که پیرسازی در دمای 400 تا 450 درجه سانتی‌گراد و به مدت کمتر از 60 دقیقه، خاصیت فوق‌الاستیک را بهبود داده و استحکام مکانیکی را افزایش می‌دهد. در نهایت، تأثیر عوامل محیطی مانند pH و دما بر مقاومت به خوردگی این آلیاژ مورد بررسی قرار گرفته و مطابق نتایج اعمال پوشش‌های سطحی می‌تواند نرخ خوردگی را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of Nitinol Alloys in Orthodontic Wires: Properties, Applications, and Mechanisms

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Seyedi Golmahaleh 1
  • Soroush Parvizi 2
  • Zahra Alirezaei 2
1 Faculty of Engineering and Materials Science, Sharif University of Technology. Tehran. Iran
2 Department of Materials and Metallurgy, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nitinol (NiTi), due to its unique properties such as shape memory effect, fatigue resistance, and high biocompatibility, has been extensively used in medical and engineering fields. One of the most significant applications of this alloy is in the production of orthodontic wires, which, due to their ability to apply constant and low-force pressure, enhance the treatment process and reduce its duration. However, several challenges, including nickel ion release and its impact on biocompatibility, chemical composition control, and manufacturing process optimization, still require further investigation. This study examines the effects of manufacturing processes, including induction melting and powder metallurgy, on the mechanical and phase properties of Nitinol wires. Additionally, the role of heat treatment and aging in structural modification and improvement of the superelastic property of this alloy has been analyzed. The investigations indicate that by precisely controlling the chemical composition and preventing titanium oxidation during production, the functional properties of Nitinol can be optimized. Furthermore, the application of protective coatings such as Ni-P-NiTi plays a significant role in reducing nickel ion release and increasing the corrosion resistance of this alloy. The results obtained from the evaluation of the restoring force of Nitinol wires indicate that aging at a temperature range of 400 to 450°C for less than 60 minutes improves superelasticity and enhances mechanical strength. Finally, the influence of environmental factors such as pH and temperature on the corrosion resistance of this alloy has been examined, and the results suggest that applying surface coatings can significantly reduce the corrosion rate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nitinol
  • shape memory
  • superelasticity
  • biocompatibility
  • corrosion resistance
  • heat treatment
  • coating
CAPTCHA Image