Revestimento de fios de Nitinol - uma aproximação para a reparação de dispositivos médicos

Abstract

O presente trabalho visa o revestimento de fios de Nitinol com filmes finos multicamada reativos, com o intuito de empregar o calor libertado pela reação autossustentada das multicamadas numa aplicação inovadora, nomeadamente na reparação de fissuras em dispositivos médicos. Para tal, foi selecionado o sistema Ni-Al, pois os filmes multicamada Ni/Al equiatómicos apresentam um bom compromisso entre custo e entalpia de reação. Filmes finos de Ni/Al com períodos de modelação entre 5 e 50 nm foram depositados por pulverização catódica d.c. magnetrão sobre fios de NiTi com diâmetros iguais a 0,4 e 0,7 mm. Após deposição, a composição química global e a rugosidade superficial dos filmes foram avaliadas. A secção transversal das multicamadas foi observada em detalhe por microscopia eletrónica de varrimento e a estrutura cristalina estudada por difração de raios X. Por fim foram realizados testes de ignição de modo a averiguar a capacidade de autopropagação da reação nos filmes em estudo. O trabalho efetuado permitiu comprovar a possibilidade de revestir superfícies curvas, como a dos fios, com filmes finos multicamada nanométricos. Os filmes produzidos apresentam uma espessura constante que acompanha a superfície dos fios, possuem rugosidade reduzida e as camadas de Ni e de Al são bem distintas e identificáveis. Mesmo em condições de deposição com arrefecimento ineficiente dos substratos, foram produzidos filmes multicamada com espessura total na ordem dos 4 μm. Nos testes de ignição foi apenas possível propagar a reação em filmes Ni/Al destacados do substrato com períodos de modelação iguais ou superiores a 14 nm.

This paper aims at coating Nitinol wires with reactive multilayer thin films in order to use the heat released by the self-sustaining reaction of the multilayers on an innovative application, particularly for repairing cracks in medical devices. The Ni-Al system was selected because the equiatomic Ni/Al multilayer films exhibit a good compromise between cost and heat of reaction. Ni/Al thin films with modulation periods between 5 and 50 nm were deposited by dc sputtering magnetron onto NiTi wires with diameters of 0.4 and 0.7 mm. After deposition, the films’ overall chemical composition and surface roughness were evaluated. The cross section of the multilayers was observed in detail by scanning electron microscopy and the crystal structure was studied by X-ray diffraction. Finally, ignition tests were conducted in order to investigate the capability of triggering self-propagating reactions in the films under study. The work carried out proved the possibility of coating curved surfaces, such as wires, with nanometric multilayer thin films. The films have a constant thickness which follows the surface of the wires, have a reduced roughness, and the Ni and Al nanolayers are distinct and perfectly identifiable. Even under deposition conditions with inefficient substrates’ cooling, multilayer films were produced with a total thickness close to 4 m. In the ignition tests it was only possible to propagate the reaction on free-standing Ni/Al films with modulation periods greater than or equal to 14 nm.