Medicinsk titanium analyse
Som et vigtigt funktionelt materiale er titaniummetal meget udbredt i rumfart, energiindustrien, medicinske forsyninger og andre områder på grund af dets fordele såsom lav densitet, høj specifik styrke og god korrosionsbestandighed. Udviklingsprocessen for medicinsk titanium og titanlegeringer kan groft opdeles i tre perioder:
Den første periode er repræsenteret af rent titanium og Ti-6AI-4V; den anden periode er -type legeringer, repræsenteret ved Ti-5A1-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb; den tredje periode er bedre biologiske egenskaber og elasticitet udvikling af. Beta titanlegeringer med lavere modul er hovedforsvaret. Anvendelsen af nye titanlegeringsmaterialer vil være udviklingsretningen for det nuværende almindelige medicinske udstyr.
Forskning i medicinske titanlegeringsmaterialer i mit land begyndte i 1970'erne. Northwest Nonferrous Metal Research Institute udviklede Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ). I 1990'erne blev Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ) med uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder udviklet. -6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb-materialer. Det kinesiske videnskabsakademi har også udviklet en ny beta-titaniumlegering Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. På nuværende tidspunkt er udviklingen af titanlegeringer i mit land hovedsageligt rettet mod gennembrud inden for nye materialer og aktive anvendelser af titanlegeringsmaterialer.
Korrosion af titanium
Titanium er et termodynamisk ustabilt metal med et relativt negativt passiveringspotentiale med et standardelektrodepotentiale på -1.63V. Derfor er det let at danne en oxidfilm med passiveringsegenskaber i atmosfæren og vandig opløsning, og har god korrosionsbestandighed.
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 i varierende grad; på den anden side, på grund af tilstedeværelsen af kropsvæsker, kan ydeevnen af nogle materialer blive alvorligt forringet, hvilket forårsager hurtig skade 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 vil forårsage forskellige grader af beskadigelse af passiveringsfilmen dannet på titaniumoverfladen. For eksempel i et miljø med iltmangel svækkes stabiliteten af oxidlaget. Når det er beskadiget, kan det ikke repareres med det samme, eller der kan dannes et nyt oxidlag, hvilket gør det lettere at forårsage korrosion. Denne situation er næsten uundgåelig under gentagne bevægelser af den menneskelige krop og brug af udstyr. Plastisk deformation vil ændre materialets strukturelle tilstand og derved påvirke materialets korrosionsevne. Forskellige grader af plastisk deformation har meget forskellige virkninger på materialers korrosionsegenskaber. Under den plastiske deformationsproces koncentreres intern spænding, hvilket forårsager defekter i grænsefladen og kornene. Derfor svækker plastisk deformation materialets korrosionsbestandighed.
Titanium korrosionsmekanisme
Titanium er et overgangselement i gruppe IVB. De kemiske egenskaber er relativt aktive og har stor affinitet med ilt. I ethvert oxygenholdigt medium dannes der let en tæt passiveringsfilm på titaniumoverfladen. Denne passiveringsfilm er ekstremt tynd med en tykkelse, der normalt strækker sig fra nogle få nanometer til titusinder af nanometer. Eksistensen af passiveringsfilm af titanlegering reducerer arealet af overfladeaktiv opløsning og sænker opløsningshastigheden og modstår dermed skaden forårsaget af opløsning. Derudover kan passiveringsfilmen repareres automatisk, og der kan hurtigt dannes en ny beskyttelsesfilm ved beskadigelse. Derfor har titanium god korrosionsbestandighed. De korrosionsformer af titaniummetal, der er implanteret i levende organismer, kan opdeles i grubetæring, spændingskorrosion, spaltekorrosion, galvanisk korrosion og slidkorrosion.
Spændingskorrosion refererer til fænomenet metalrevner, når trækspænding og korrosion virker samtidigt. Den generelle proces er: virkningen af trækspænding får den beskyttende film, der dannes på metaloverfladen, til at begynde at briste, hvilket danner en revnekilde til grubetæring eller sprækkekorrosion, som udvikler sig dybere. Samtidig vil virkningen af trækspænding få den beskyttende film til at revne gentagne gange, hvilket danner revner vinkelret på retningen af trækspændingen. Revner eller endda brud.
Faktorer, der påvirker spændingskorrosion af titanlegeringer
Forekomsten af titanlegering SCC er resultatet af samspillet mellem tre faktorer: miljø, stress og materiale. SCC er meget selektiv. Så længe en af de ovennævnte tre faktorer ændres, vil SCC ikke forekomme.
Titaniumlegeringer kan undergå spændingskorrosionsrevner under påvirkning af forskellige medier såsom vandig opløsning, destilleret vand, organisk opløsning, varmt salt osv. SCC-mekanismerne i forskellige medier er forskellige.
Der er stadig store forskelle i indflydelsen af pH-værdi på titanlegering SCC. Generelt, når pH-værdien stiger, falder SCC-følsomheden af titanlegeringer. Når pH-værdien er 13-14, kan SCC ofte hæmmes. I den forreste del af lokale revner, hvor SCC ændrer sig, kan der dog endda dannes et stærkt ætsende miljø med en pH-værdi på 2 til 3.
Påvirkningen af elektrisk potentiale på graden af SCC er afgørende. Korrosionssystemerne sammensat af legeringer og medier er forskellige, og deres SCC-følsomhedspotentialer er også forskellige. For eksempel i B-titaniumlegeringer i vandige opløsninger, der indeholder halogenider, øges SCC, når potentialet er omkring -600mV; revner vil også forekomme ved overpassiveringspotentialer; men ved potentialer lavere end -1000mV vil der ikke forekomme revner. sprække. I vandige opløsninger indeholdende Cl- og Br- er SCC-følsomhedspotentialet for Ti8Al1Mo1V -500mV{{10}}mV. I en vandig opløsning indeholdende I- er det følsomme potentialeområde over 0mV.
Temperatur er en af de vigtige faktorer, der påvirker forekomsten af SCC i titanlegeringer. Generelt, når temperaturen stiger, øges modtageligheden af SCC. I et varmt saltluftmiljø på {{0}} grader er spændingskorrosionen af Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn legering mere følsom over for SCC over 450 grader. SCC-følsomheden af Ti6Al4V-legering med en vis mængde Pd eller Mo tilsat i H2S CO2 NaCl S-opløsning ved 200 grader er mindre end ved 250 grader. Materialer implanteret i menneskekroppen har imidlertid begrænset temperaturfølsomhed.
When the medium is in the gap formed between the metal component and the metal or non-metal, it can accelerate the corrosion of the metal in the gap, which is called crevice corrosion. Crevice corrosion is a type of localized corrosion. When there are gaps in titanium and titanium alloys, due to the lack of oxidized substances in the gaps, they become anodes and corrode, destroying the passivation film. Generally, crevice corrosion goes through three stages: ① The consumption of oxygen in the crevice; ② The formation of macro cells and the reduction of pH value; ③ The passivation film is activated and dissolved until it is completely destroyed. The study found that in Hanks solution at 37°C, the crevice corrosion degree of the materials in descending order is: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti; Ti og Ti6AI4V har stærk sprækkekorrosionsbestandighed i Hanks-løsningen. .
Slidkorrosion er, når metal kommer i kontakt med mediet, den relative bevægelseshastighed er stor, hvilket medfører, at metaloverfladen bliver slidt, hvilket igen forårsager accelereret korrosion af metallet. Når titanium implanteres som et implantat, vil det til en vis grad blive slidt med kirurgiske instrumenter, hvilket medfører, at den oxidfilm, der findes på overfladen, ødelægges. Hvis denne oxidfilm ikke kan repareres i tide, vil det implanterede metal yderligere korrodere eller endda svigte.
Biomedicinske materialer er et vigtigt materielt grundlag for den hurtige udvikling af moderne klinisk medicin og er hovedemnet for materialeforskning i det 21. århundrede. Titan har gjort store fremskridt som et nyt korrosionsbestandigt materiale og er meget udbredt inden for det biomedicinske område på grund af dets gode biokompatibilitet og korrosionsbestandighed. Der er dog stadig mange problemer, der skal løses for anvendelsen af titanium i det menneskelige miljø. Derfor er det nødvendigt at udføre dybdegående forskning i forskellige aspekter af titaniummaterialers egenskaber for at designe og igangsætte hurtigere udvikling af biomedicinske materialer.
henvise til:
[1] Qin Ying, Wang Shaoan. Forskning i korrosionsegenskaberne af tandimplantater af titanium og titanlegeringer [J]. International Journal of Oral Medicine, 2008, 35(4): 255-258.
[2] Huang Yongguang. Titaniumlegeringsmaterialer til kirurgisk implantation og deres standardisering [J]. Fremskridt i Titanium Industry, 2002, (1): 36-39
