Se společenským pokrokem a ekonomickým rozvojem, zejména s pokrokem vědy a techniky, dosáhla medicína pozoruhodných úspěchů. Mezi nimi materiály zdravotnických výrobků vyvinuté v posledních letech hrají nezastupitelnou roli při léčbě a opravě lidských tkání a zlepšují funkce lidských tkání a orgánů a široce se používá titan a pásové slitiny. Níže tento článek stručně analyzuje odolnost lékařského titanu proti korozi.
Jako důležitý funkční materiál je titan široce používán v letectví, energetice, zdravotnických potřebách a dalších oblastech pro svou nízkou hustotu, vysokou měrnou pevnost a dobrou odolnost proti korozi. Vývoj lékařského titanu a titanových slitin lze zhruba rozdělit do tří období:
První stupeň představuje čistý titan a Ti-6AI-4V; Druhá perioda je: + Ti-5al-2,5fe a Ti-6Al-7Nb jsou reprezentativní slitiny; Třetí fází je vývoj produktů s lepší biologickou výkonností a nižším modulem pružnosti. Hlavní obrannou linií je titanová slitina. Aplikace nových materiálů ze slitin titanu bude směr vývoje současných běžných lékařských zařízení.
Výzkum materiálů z lékařské slitiny titanu začal v Číně v 70. letech 20. století, kdy byl vyvinut ti-2,5al-2,5mo-2,5zr (TAMZ). V devadesátých letech byly postupně vyvíjeny Ti-6Al-4V, ti-al-2,5fe a ti-6 s nezávislými právy duševního vlastnictví.
Materiál Al-7nb. Čínská akademie věd také vyvinula novou titanovou slitinu ti-24nb-4zr-7.6sn. V současné době se vývoj titanové slitiny v Číně zaměřuje především na průlomové nové materiály a aktivní aplikaci materiálů ze slitin titanu.
1, Koroze titanu
Titan je termodynamicky nestabilní kov a jeho otupovací potenciál je negativní. Standardní elektrodový potenciál je -1,63v. Proto je snadné vytvořit oxidový film s pasivační vlastností v atmosféře a vodném roztoku, s dobrou odolností proti korozi
1. Odolnost titanu proti korozi v různých médiích
Je velmi důležité studovat korozní odolnost lékařských materiálů. Na jedné straně pronikají do biologických tkání některé kovové ionty nebo korozní produkty implantovaných materiálů, které mohou spouštět fyziologické reakce různého stupně; Na druhou stranu v důsledku přítomnosti tělních tekutin může být výkon některých materiálů vážně zhoršen, což má za následek jejich rychlé poškození nebo dokonce selhání. Prostředí lidského těla je poměrně složité, což spíše způsobí rozpouštění stopových prvků a změnu stability oxidové vrstvy. Mírné tření může v různé míře poškodit pasivační film vytvořený na povrchu titanu. Například v prostředí chudém na kyslík je stabilita oxidové vrstvy oslabená, a když je poškozena, nelze ji okamžitě opravit nebo vytvořit novou oxidovou vrstvu, která pravděpodobněji způsobí korozi. Takové situaci se lze jen stěží vyhnout při opakovaném pohybu lidského těla a používání nástrojů. Plastická deformace změní strukturální stav materiálů a následně ovlivní korozní vlastnosti materiálů. Vliv plastické deformace na korozní vlastnosti materiálů je různý. V procesu plastické deformace dochází v důsledku koncentrace vnitřního napětí k defektům na rozhraní a zrnu. Proto plastická deformace oslabí korozní odolnost materiálů.
2. Korozní mechanismus titanu
Titan je přechodný prvek skupiny IVB, který je chemicky aktivní a má velkou afinitu ke kyslíku. V jakémkoli médiu obsahujícím kyslík- je snadné vytvořit na povrchu titanu hustý pasivační film, který je velmi tenký a jeho tloušťka je obvykle několik nanometrů až desítek nanometrů. Existence pasivačního filmu z titanové slitiny snižuje povrchově aktivní plochu rozpouštění a rychlost rozpouštění, čímž odolává poškození způsobenému rozpouštěním. Pasivační fólii lze navíc také automaticky opravit a při poškození rychle vytvořit novou ochrannou fólii. Proto má titan dobrou odolnost proti korozi. Korozní formy titanu implantované do organismu lze rozdělit na důlkovou korozi, korozi pod napětím, štěrbinovou korozi, galvanickou korozi a korozi opotřebení.
2.1 vnitřní koroze
Napěťová koroze označuje jev, že kov praská, když tahové napětí a koroze působí současně. Obecný proces je následující: působení tahového napětí způsobí porušení ochranného filmu vytvořeného na kovovém povrchu, čímž se vytvoří zdroj trhliny důlkové nebo štěrbinové koroze a rozvine se do hloubky. Působení tahového napětí může zároveň způsobit opakované prasknutí ochranného filmu, vznik trhlin kolmých na tahové napětí, které může vést až k prasknutí.
2.1.1 důvody ovlivňující napěťovou reakci titanové slitiny
SCC ze slitiny titanu je výsledkem působení prostředí, napětí a materiálu. SCC je vysoce selektivní, pokud se změní kterýkoli z výše uvedených tří faktorů, SCC nenastane.
1) Životní prostředí
(1) Střední
SCC ze slitiny titanu se může vyskytovat působením mnoha médií, jako je vodný roztok, destilovaná voda, organický roztok a horká sůl. Mechanismus SCC se v různých médiích liší.
(2) Hodnota PH
Vliv hodnoty pH na SCC slitiny titanu je stále zcela odlišný. Obecně platí, že citlivost SCC titanové slitiny klesá s rostoucí hodnotou pH. Když je hodnota pH 13-14, může být SCC často potlačeno. Silně korozní prostředí s hodnotou pH 2-3 však může vzniknout i v přední části lokálních trhlin, kde dochází ke změnám SCC.
(3) Potenciál
Zásadní je vliv potenciálu na stupeň SCC. Citlivý potenciál slitiny na SCC je odlišný u korozního systému složeného ze slitiny a média. Například, když je potenciál b-titanové slitiny ve vodném roztoku obsahujícím halogenid kolem - 600mV, SCC se zhorší; Pod nadpasivačním potenciálem se také objevují trhliny; Pokud je však potenciál nižší než - 1000 mV, nedochází k žádné trhlině. Ve vodném roztoku obsahujícím Cl - a Br - je SCC citlivý potenciál ti8al1mo1v - 500mv - - 600mV. Ve vodném roztoku obsahujícím I - je citlivý potenciál vyšší než 0 mV.
(4) Teplota
Teplota je jedním z důležitých faktorů, které ovlivňují tvorbu SCC ve slitinách titanu. Obecně řečeno, citlivost SCC se zvyšuje s rostoucí teplotou. V prostředí horkého slaného vzduchu 300-500 stupňů je napěťová koroze slitiny ti6al3mo2zr0.5sn citlivější na SCC nad 450 stupňů. V roztoku H2S + CO2 + NaCl + s je citlivost SCC slitiny Ti6Al4V s určitým množstvím PD nebo Mo nižší při 200 stupních než při 250 stupních. Ale materiály implantované do lidského těla mají omezenou citlivost na teplotu.
(5) Koncentrace Cl iontů
Čím vyšší je koncentrace Cl - v roztoku, tím vyšší je citlivost SCC.
2) Stres
Havárie SCC způsobené zbytkovým napětím slitiny při tváření za studena, kování, svařování, tepelném zpracování nebo montáži tvoří 40 % všech nehod SCC. Kromě toho jsou zdrojem napětí SCC vnější napětí vznikající během provozu, vnější napětí způsobené objemovým účinkem korozních produktů nebo nerovnoměrné napětí způsobené objemovým účinkem korozních produktů. Čím vyšší je úroveň stresu, tím kratší je doba SCC.
3) Materiály
Jsou-li ve stejném prostředí prostředí odlišné chemické složení, segregace, struktura, zrnitost, krystalické vady, vlastnosti, tepelné zpracování a povrchový stav materiálů, liší se také jejich korozní chování a stupeň pod namáháním. Přidání malého množství PD, Mo nebo Ru do titanové slitiny může snížit její citlivost na korozi pod napětím. Citlivost SCC slitin Ti6Al4V a ti15v3cr3al3sn po ošetření vrcholovým stárnutím je vyšší než u žíhaných slitin. Když je obsah kyslíku ve slitině Ti6Al4V nižší než 0,13 %, může být citlivost SCC značně snížena.
2.1.2 běžná řešení
K odstranění nebo snížení SCC citlivosti titanové slitiny v určitých médiích lze použít následující metody:
1) Odstraňte zbytkové napětí
Lokální zbytkové napětí vznikající po výrobě dílů lze eliminovat celkovým žíháním nebo lokálním žíháním. V této době je třeba zvážit negativní vliv tepelného zpracování na pevnost, plasticitu nebo houževnatost materiálu.
2) Legování
U tradičních slitin lze do slitiny přidat odpovídající množství PD, Mo nebo Ru podle situace, aby se zlepšila její odolnost vůči SCC.
3) Povrchová úprava
Zlepšením kvality povrchu titanové slitiny lze zlepšit biokompatibilitu a odolnost materiálu proti opotřebení a zkrátit a zpozdit dobu a rychlost tvorby trhlin.
2.2 štěrbinová koroze
Když je médium v mezeře vytvořené mezi kovovou částí a kovem nebo -kovem, může urychlit korozi kovu v mezeře, což se nazývá koroze mezery. Štěrbinová koroze je druh lokální koroze. Když je v titanu a titanové slitině mezera, v důsledku nedostatku oxidačních látek v mezeře se stává anodou a koroduje, čímž se ničí pasivační film. Obecně štěrbinová koroze prochází třemi fázemi: ① spotřeba kyslíku ve štěrbině; ② Vytvoření makro baterie a hodnota pH klesne; ③ Pasivační film se aktivuje a rozpouští, dokud není zcela zničen. Bylo zjištěno, že stupeň štěrbinové koroze materiálu v Hanksově roztoku při 37 stupních je NiTi > NiTiCu > 316L > Ti6Al4V ≈ Ti; Ti a Ti6AI4V mají v Hanksově řešení silnou odolnost proti štěrbinové korozi.
2.3 opotřebení a koroze
Koroze opotřebení spočívá v tom, že když jsou kov a médium ve vzájemném kontaktu, relativní rychlost pohybu je velká, což způsobuje opotřebení kovového povrchu a pak způsobuje zrychlenou korozi kovu. Když je titan implantován jako implantát, do určité míry se opotřebuje s operačními nástroji, což zničí oxidový film na povrchu. Pokud tento oxidový film nelze včas opravit, implantovaný kov bude dále korodovat nebo dokonce selhat.
Biomedicínské materiály jsou důležitým materiálovým základem pro rychlý rozvoj moderní klinické medicíny a jsou hlavními tématy materiálového výzkumu 21. století. Titan, jako nový typ korozi-odolného materiálu, udělal velký pokrok. Díky své dobré biokompatibilitě a odolnosti proti korozi je široce používán v biomedicínské oblasti. Stále však existuje mnoho problémů, které je třeba vyřešit při aplikaci titanu v lidském prostředí. Výkon titanových materiálů ve všech aspektech by proto měl být do hloubky studován, aby bylo možné navrhnout a zahájit rychlejší vývoj biomedicínských materiálů.
