Med de sociale fremskridt og økonomiske udvikling, især fremskridt inden for videnskab og teknologi, har den medicinske sag opnået bemærkelsesværdige resultater. Blandt dem spiller de medicinske produktmaterialer, der er udviklet i de senere år, en uerstattelig rolle i behandling og reparation af menneskeligt væv og forbedring af funktionerne i menneskelige væv og organer, og titanium og båndlegeringer er meget udbredt. Nedenfor analyserer dette papir kort korrosionsbestandigheden af medicinsk titanium.
Som et vigtigt funktionelt materiale er titanium meget udbredt i rumfart, energiindustrien, medicinske forsyninger og andre områder på grund af dets lave tæthed, høje specifikke styrke og gode korrosionsbestandighed. Udviklingen af medicinsk titanium og titanlegeringer kan groft opdeles i tre perioder:
Det første trin er repræsenteret af rent titanium og Ti-6AI-4V; Den anden periode er: + Ti-5a1-2.5fe og Ti-6Al-7Nb er repræsentative legeringer; Den tredje fase er at udvikle produkter med bedre biologisk ydeevne og lavere elasticitetsmodul. Type en titanlegering er den vigtigste forsvarslinje. Anvendelsen af nye titanlegeringsmaterialer vil være udviklingsretningen for det nuværende almindelige medicinske udstyr.
Forskning i medicinske titanlegeringsmaterialer begyndte i Kina i 1970'erne, da ti-2.5al-2.5mo-2.5zr (TAMZ) blev udviklet. I 1990'erne blev Ti-6Al-4V, ti-al-2.5fe og ti-6 med uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder successivt udviklet
Al-7nb materiale. Det kinesiske videnskabsakademi har også udviklet en ny titanlegering ti-24nb-4zr-7.6sn. På nuværende tidspunkt fokuserer udviklingen af titanlegering i Kina hovedsageligt på banebrydende nye materialer og den aktive anvendelse af titanlegeringsmaterialer.
1, Korrosion af titanium
Titanium er et termodynamisk ustabilt metal, og dets afstumpningspotentiale er negativt. Standardelektrodepotentialet er -1,63v. Derfor er det let at danne en oxidfilm med passiveringsegenskaber i atmosfæren og vandig opløsning, med god korrosionsbestandighed
1. Korrosionsbestandighed af titanium i forskellige medier
Det er meget vigtigt at studere korrosionsbestandigheden af medicinske materialer. På den ene side trænger nogle metalioner eller korrosionsprodukter af implanterede materialer ind i biologiske væv, hvilket kan udløse fysiologiske reaktioner af forskellig grad; På den anden side, på grund af tilstedeværelsen af kropsvæske, kan ydeevnen af nogle materialer blive alvorligt forringet, hvilket resulterer i deres hurtige beskadigelse eller endda fejl. Menneskekroppens miljø er relativt komplekst, hvilket er mere tilbøjeligt til at forårsage opløsning af sporstoffer og ændre stabiliteten af oxidlaget. Let friktion kan beskadige den passiveringsfilm, der dannes på titaniumoverfladen, i varierende grad. For eksempel i et iltfattigt miljø svækkes stabiliteten af oxidlaget, og når det er beskadiget, kan det ikke repareres med det samme eller danne et nyt oxidlag, som er mere tilbøjelige til at forårsage korrosion. Denne form for situation kan næppe undgås i den menneskelige krops gentagne bevægelser og brug af instrumenter. Plastisk deformation vil ændre materialernes strukturelle tilstand og derefter påvirke materialernes korrosionsevne. Påvirkningen af plastisk deformation på materialers korrosionsegenskaber er forskellig. I processen med plastisk deformation opstår der defekter i grænsefladen og kornet på grund af koncentrationen af intern stress. Derfor vil plastisk deformation svække materialernes korrosionsbestandighed.
2. Korrosionsmekanisme af titanium
Titanium er et overgangselement i IVB-gruppen, som er kemisk aktivt og har stor affinitet med oxygen. I ethvert oxygenholdigt- medium er det let at danne en tæt passiveringsfilm på overfladen af titanium, som er meget tynd, og dens tykkelse er normalt fra flere nanometer til titusinder af nanometer. Eksistensen af passiveringsfilm af titanlegering reducerer det overfladeaktive opløsningsområde og opløsningshastigheden og modstår dermed skaden forårsaget af opløsning. Derudover kan passiveringsfilmen også repareres automatisk, og ved beskadigelse kan der hurtigt dannes en ny beskyttelsesfilm. Derfor har titanium god korrosionsbestandighed. De korrosionsformer af titanium, der er implanteret i organismen, kan opdeles i grubetæring, spændingskorrosion, spaltekorrosion, galvanisk korrosion og slidkorrosion.
2.1 intern korrosion
Spændingskorrosion refererer til det fænomen, at metal er revnet, når trækspænding og korrosion virker på samme tid. Den generelle proces er som følger: virkningen af trækspænding får den beskyttende film, der er dannet på metaloverfladen, til at bryde, danner revnekilden til grubetæring eller sprækkekorrosion og udvikler sig til dybden. Samtidig kan virkningen af trækspænding få den beskyttende film til at bryde gentagne gange, danne revner vinkelret på trækspændingen og endda føre til brud.
2.1.1 årsager, der påvirker spændingsreaktionen af titanlegering
SCC af titanlegering er resultatet af miljø, stress og materiale. SCC er meget selektiv, så længe en af de tre ovennævnte faktorer ændres, vil SCC ikke forekomme.
1) Miljø
(1) Medium
SCC af titanlegering kan forekomme under påvirkning af mange medier, såsom vandig opløsning, destilleret vand, organisk opløsning og varmt salt. SCC-mekanismen er forskellig i forskellige medier.
(2) PH-værdi
Indflydelsen af pH-værdi på SCC af titanlegering er stadig ret anderledes. Generelt falder SCC-følsomheden af titanlegering med stigningen i pH-værdien. Når pH-værdien er 13-14, kan SCC ofte undertrykkes. Der kan dog endda dannes et stærkt ætsende miljø med en pH-værdi på 2-3 foran på lokale revner, hvor der opstår SCC-ændringer.
(3) Potentiale
Effekten af potentiale på graden af SCC er afgørende. Legeringens SCC-følsomme potentiale er anderledes med korrosionssystemet, der består af legering og medium. For eksempel, når potentialet for b-titaniumlegering i den vandige opløsning indeholdende halogenid er omkring - 600mV, forværres SCC; Under overpassiveringspotentialet opstår der også revner; Men når potentialet er lavere end - 1000mV, er der ingen revne. I den vandige opløsning, der indeholder Cl - og Br -, er det SCC-følsomme potentiale for ti8al1mo1v - 500mv - - 600mV. I den vandige opløsning, der indeholder I -, er det følsomme potentiale over 0mV.
(4) Temperatur
Temperatur er en af de vigtige faktorer, der påvirker dannelsen af SCC i titanlegeringer. Generelt stiger SCC-følsomheden med stigningen i temperaturen. I det varme saltluftmiljø på 300-500 grader er spændingskorrosion af ti6al3mo2zr0.5sn legering mere følsom over for SCC over 450 grader. I opløsningen af H2S + CO2 + NaCl + s er SCC-følsomheden af Ti6Al4V-legering med en vis mængde PD eller Mo lavere ved 200 grader end ved 250 grader. Men de materialer, der er implanteret i den menneskelige krop, har begrænset følsomhed over for temperatur.
(5) Cl-ionkoncentration
Jo højere koncentrationen af Cl - i opløsningen er, jo større er SCC-følsomheden.
2) Stress
SCC-ulykker forårsaget af restspænding af legering under koldbearbejdning, smedning, svejsning, varmebehandling eller montage tegner sig for 40% af de samlede SCC-ulykker. Derudover er den ydre spænding, der genereres under drift, den ydre spænding forårsaget af volumeneffekten af korrosionsprodukter eller den ujævne spænding forårsaget af volumenvirkningen af korrosionsprodukter alle stresskilderne til SCC. Jo højere stressniveauet er, jo kortere er SCC-tiden.
3) Materialer
Hvis den kemiske sammensætning, adskillelse, struktur, kornstørrelse, krystalfejl, egenskaber, varmebehandling og overfladetilstand af materialer er forskellige i det samme miljømæssige medium, er deres spændingskorrosionsadfærd og grad også forskellig. Tilføjelse af en lille mængde PD, Mo eller Ru til titanlegering kan reducere dens spændingskorrosionsfølsomhed. SCC-følsomheden af Ti6Al4V- og ti15v3cr3al3sn-legeringer efter topældningsbehandling er højere end for udglødede legeringer. Når oxygenindholdet i Ti6Al4V-legering er lavere end 0,13%, kan SCC-følsomheden reduceres betydeligt.
2.1.2 fælles løsninger
Følgende metoder kan bruges til at eliminere eller reducere SCC-følsomheden af titanlegering i visse medier:
1) Eliminer resterende stress
Den lokale restspænding, der genereres efter at delene er fremstillet, kan elimineres ved hjælp af overordnet udglødning eller lokal udglødning. På dette tidspunkt bør den negative effekt af varmebehandling på materialets styrke, plasticitet eller sejhed overvejes.
2) Legering
For traditionelle legeringer kan en passende mængde PD, Mo eller Ru tilsættes legeringen i henhold til situationen for at forbedre dens SCC-modstand.
3) Overfladebehandling
Ved at forbedre overfladekvaliteten af titanlegering kan biokompatibiliteten og slidstyrken af materialet forbedres, og tiden og hastigheden af revnedannelse kan reduceres og forsinkes.
2,2 sprækkekorrosion
Når mediet er i spalten, der er dannet mellem metaldelen og metallet eller ikke-metallet, kan det accelerere korrosionen af metallet i spalten, hvilket kaldes spaltekorrosion. Spaltekorrosion er en slags lokal korrosion. Når der er et hul i titanium og titanlegering, på grund af manglen på oxiderende stoffer i mellemrummet, bliver det en anode og korroderer, hvilket ødelægger passiveringsfilmen. Generelt gennemgår spaltekorrosion tre stadier: ① iltforbrug i spalte; ② Danner et makrobatteri, og pH-værdien falder; ③ Passiveringsfilmen aktiveres og opløses, indtil den er fuldstændig ødelagt. Det er fundet, at spaltekorrosionsgraden af materialet i Hanks' opløsning ved 37 grader er NiTi > NiTiCu > 316L > Ti6Al4V ≈ Ti; Ti og Ti6AI4V har stærk sprækkekorrosionsbestandighed i Hanks' løsning.
2.3 slid og korrosion
Slidkorrosion er, at når metal og medium er i kontakt med hinanden, er den relative bevægelseshastighed stor, hvilket får metaloverfladen til at lide slid, og derefter forårsager accelereret korrosion af metal. Når titanium implanteres som et implantat, vil det i en vis grad slides sammen med betjeningsinstrumenterne, hvilket vil ødelægge oxidfilmen på overfladen. Hvis denne oxidfilm ikke kan repareres i tide, vil det implanterede metal yderligere korrodere eller endda svigte.
Biomedicinske materialer er det vigtige materielle grundlag for den hurtige udvikling af moderne klinisk medicin, og er hovedemnerne for materialeforskning i det 21. århundrede. Titanium, som en ny type korrosionsbestandigt-materiale, har gjort store fremskridt. På grund af dets gode biokompatibilitet og korrosionsbestandighed er det blevet meget brugt i det biomedicinske område. Der er dog stadig mange problemer, der skal løses i anvendelsen af titanium i menneskelige omgivelser. Derfor bør ydeevnen af titaniummaterialer i alle aspekter studeres i dybden for at designe og starte den hurtigere udvikling af biomedicinske materialer.
