医疗植入物材料的无损检测

无损检测NDT2018-01-13 22:08:44


可以说,


现在没有那个领域对于材料完整性的要求会高于植入式医疗器械材料。

飞机上或者发电厂中不合格的设备在某些情况下可能会引起一些问题,但是,不合格的医疗植入材料一旦植入人体后则肯定会引起问题。因此,确保那些用于制造医疗植入设备的材料的完整性和医疗设备本身结构的完好性是极其重要的。

 

在将医疗植入物材料植入患者体内之前,必须对其结构缺陷进行合理的检测,这将有助于确保这些材料具有足够的安全性与可靠性。目前,两种最常用的无损检测方法就是液体渗透检测(PT)和超声波检测(UT)。


液体渗透检测技术

关于液体渗透检测技术最常见的规范就是ASTM F601国际标准,即荧光渗透检测金属外科植入物的标准规程。

 

利用该技术对医疗植入物进行检测,处理的第一步就是彻底清洗待检测样品,因为任何的污垢、油渍、加工液以及其他的污染物都会阻止渗透剂渗透到样品表面的缺陷内。值得注意的是,大多数的外科植入物都是钛合金材料,所以需要使用不含氯的溶剂对其进行预清洗,以避免该材料在随后发生应力腐蚀开裂的可能性。

 

随后,在处理好的待检测样品上施加渗透剂。通常的做法是将样品置于一个篮子类的装置内并浸没在装有渗透剂的水槽中,以喷涂或者毛刷涂敷的形式将渗透剂施加到样品制件上。需要注意的是,渗透剂应当施加到所有需要检测的区域上,包括所有的孔洞和沟槽等,因为这些区域所受到的压力一般较大,对于植入物整体的可靠性至关重要。

 

在施加好渗透剂后,将样品静置一段时间,称之为保留时间,目的在于让渗透剂具有充分的时间渗透到样品表面的所有缺陷中。在这段时间过后,去除掉表面多余的渗透剂,一般采取的方法都是严格控制的水喷雾法,然后将样品置于热风循环烘箱中在125华氏度下彻底烘干。

 

在样品烘干后,将一种显影剂,施加到整个检测样品上形成一层薄层。静止一段时间,称之为显影时间,以使得缺陷中的渗透剂能够很好的被吸出到表面上。

 

最后,在一个较黑暗的环境中,使用紫外线黑光就能非常清晰的观察到因为缺陷存在而导致的迹象。

 

液体渗透检测技术最大的局限就在于它只能检测到样品表面上的缺陷。所以,渗透测试一般用来检测医疗植入设备中的那些具有复杂外形的整体成品。

 


超声波检测技术

 超声波检测技术则十分依赖于待检测样品的几何形状,因此,该技术更多的是用来对那些具有简单形状(例如圆管等)的原材料进行检测,而并不太适合用于对成品进行检测。关于该检测技术常用的行业规范,以及客户特定的检测要求都与该材料的下一步加工处理有关。


利用超声波检测技术对金属管的表面缺陷进行检测

 

超声波检测技术可检测的材料包括金属、塑料、陶瓷以及复合材料等。超声波检测设备一般体积较小,属于以微处理器为基础的仪器,携带方便,能够用于较多领域内。超声波检测技术能够用于厚度测量方面,也能用于材料的力学性能和晶体结构的测定。


来自一个典型缺陷的超声波信号

 

超声无损检测技术如果能够被合理使用,将会成为一种快速、高效、方便的工业检测手段,而且这种技术基本不需要试件准备工作。

 

声波在材料中的传播时间取决于缺陷的位置、大小、形状等具体因素。在进行缺陷检测时,通过将测试样品收到的声波信号与参考标准样品的声波信号进行对比,技术人员能够较为准确的预估该缺陷的大小。在进行壁厚测量时,声波在材料内传播的时间则会被转换为与材料厚度相关的参数。

 

举个例子,如果待检测样品是一个具有精确的外径和壁厚的圆形金属管状材料,那么当对其表面和次表面上的缺陷进行检测时,其壁厚以及壁厚的变化值同样会被测量出来。

 

现在,超声波检测技术大多是采用自动化设备,在进行检测时,平均每秒就有数以千计的超声波脉冲被发送到样品内,同时被测试系统接受并经过单独处理。检测结果则会被发送到一个数字图表记录器上,技术人员能够根据这些记录结果快速做出评估。

图1:来自标准参考材料和被测样品材料的缺陷波形

图2:波形记录表明样品的壁厚值小于指定要求厚度值 

图3:波形记录表明样品该区域壁厚变化值较大

 

在上面几张波形记录图中的圆圈区域显示了从探头接收的信号超过从已知缺陷的参考标准材料中接收的信号。这些迹象表明,该区域的材料含有大于参考标准材料的缺陷。图2中的圆圈区域显示了管道壁厚低于指定要求的厚度。太薄的材料会造成一些太薄的面积区域,这可能会造成管道失效。图3中的圆圈区域显示壁厚变化值超出了允许变化范围。厚度变化过大可能会导致成品厚度变化较大,使得其在许多应用方面都不适用。

 

医疗植入物材料需要植入到患者体内,这意味着确保其完整性、安全性和可靠性至关重要。无损检测方法,包括多种不同的技术,例如液体渗透检测和超声波检测等,则是确保这些的重要技术手段。


译者:Vince

译自:qualitymag 

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