Lekárska analýza titánu
Ako dôležitý funkčný materiál je titánový kov široko používaný v leteckom a kozmickom priemysle, energetickom priemysle, zdravotníckych materiáloch a iných oblastiach vďaka svojim výhodám, ako je nízka hustota, vysoká špecifická pevnosť a dobrá odolnosť proti korózii. Proces vývoja lekárskeho titánu a titánových zliatin možno zhruba rozdeliť do troch období:
Prvé obdobie predstavuje čistý titán a Ti-6AI-4V; druhou periódou sú zliatiny typu, reprezentované Ti-5A1-2.5Fe a Ti-6Al-7Nb; Tretím obdobím sú lepšie biologické vlastnosti a vývoj elasticity. Hlavnou obrannou líniou sú beta titánové zliatiny s nižším modulom. Aplikácia nových materiálov zo zliatiny titánu bude smerovať k vývoju súčasných bežných medicínskych zariadení.
Výskum materiálov z medicínskych zliatin titánu v mojej krajine začal v 70. rokoch 20. storočia. Northwest Nonferrous Metal Research Institute vyvinul Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ). V 90. rokoch minulého storočia bol vyvinutý Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ) s nezávislými právami duševného vlastníctva. Materiály -6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe a Ti-6Al-7Nb. Čínska akadémia vied tiež vyvinula novú beta zliatinu titánu Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. V súčasnosti je vývoj titánových zliatin v mojej krajine zameraný hlavne na objavy v nových materiáloch a aktívne aplikácie materiálov z titánových zliatin.
Korózia titánu
Titán je termodynamicky nestabilný kov s relatívne negatívnym pasivačným potenciálom so štandardným elektródovým potenciálom -1,63 V. Preto je ľahké vytvoriť oxidový film s pasivačnými vlastnosťami v atmosfére a vodnom roztoku a má dobrú odolnosť proti korózii.
Odolnosť titánu proti korózii v rôznych médiách
Je veľmi dôležité študovať odolnosť medicínskych materiálov proti korózii. Na jednej strane niektoré kovové ióny alebo produkty korózie implantovaných materiálov prenikajú do biologických tkanív, čo môže spúšťať fyziologické reakcie rôzneho stupňa; na druhej strane v dôsledku prítomnosti telesných tekutín môže byť výkon niektorých materiálov značne znížený, čo môže spôsobiť rýchle poškodenie alebo dokonca zlyhanie. Prostredie ľudského tela je pomerne zložité, čo pravdepodobnejšie spôsobí rozpúšťanie stopových prvkov a zmenu stability oxidovej vrstvy. Mierne trenie spôsobí rôzne stupne poškodenia pasivačného filmu vytvoreného na titánovom povrchu. Napríklad v prostredí s nedostatkom kyslíka je stabilita oxidovej vrstvy oslabená. Pri poškodení sa nedá okamžite opraviť alebo sa môže vytvoriť nová vrstva oxidu, čo uľahčuje spôsobenie korózie. Táto situácia je takmer nevyhnutná pri opakovaných pohyboch ľudského tela a používaní zariadení. Plastická deformácia zmení štrukturálny stav materiálu, čím ovplyvní korózne vlastnosti materiálu. Rôzne stupne plastickej deformácie majú veľmi rozdielne účinky na korózne vlastnosti materiálov. Počas procesu plastickej deformácie sa vnútorné napätie sústreďuje, čo spôsobuje poruchy rozhrania a zŕn. Preto plastická deformácia oslabuje koróznu odolnosť materiálu.
Mechanizmus korózie titánu
Titán je prechodným prvkom skupiny IVB. Chemické vlastnosti sú relatívne aktívne a majú veľkú afinitu s kyslíkom. V akomkoľvek médiu obsahujúcom kyslík sa na povrchu titánu ľahko vytvorí hustý pasivačný film. Tento pasivačný film je extrémne tenký a jeho hrúbka sa zvyčajne pohybuje od niekoľkých nanometrov do desiatok nanometrov. Existencia pasivačného filmu titánovej zliatiny znižuje plochu povrchovo aktívneho rozpúšťania a spomaľuje rýchlosť rozpúšťania, čím odoláva poškodeniu spôsobenému rozpúšťaním. Pasivačný film je navyše možné automaticky opraviť a pri poškodení rýchlo vytvoriť nový ochranný film. Preto má titán dobrú odolnosť proti korózii. Korózne formy titánového kovu implantovaného do živých organizmov možno rozdeliť na jamkovú koróziu, koróziu pod napätím, štrbinovú koróziu, galvanickú koróziu a koróziu opotrebovaním.
Korózia pod napätím sa vzťahuje na jav kovových trhlín, keď napätie v ťahu a korózia pôsobia súčasne. Všeobecný proces je: pôsobenie ťahového napätia spôsobí, že ochranný film vytvorený na kovovom povrchu začne praskať, čím sa vytvorí zdroj trhlín bodovej korózie alebo štrbinovej korózie, ktorá sa vyvíja hlbšie. Pôsobenie ťahového napätia zároveň spôsobí opakované praskanie ochranného filmu, pričom vznikajú trhliny kolmé na smer ťahového napätia. Praskliny alebo dokonca zlomy.
Faktory ovplyvňujúce napäťovú koróziu zliatin titánu
Výskyt titánovej zliatiny SCC je výsledkom interakcie troch faktorov: prostredia, napätia a materiálu. SCC je vysoko selektívny. Pokiaľ sa zmení ktorýkoľvek z vyššie uvedených troch faktorov, SCC nenastane.
Zliatiny titánu môžu podliehať koróznemu praskaniu pod napätím pri pôsobení rôznych médií, ako je vodný roztok, destilovaná voda, organický roztok, horká soľ atď. Mechanizmy SCC v rôznych médiách sú rôzne.
Stále existujú veľké rozdiely v vplyve hodnoty pH na titánovú zliatinu SCC. Všeobecne povedané, so zvyšujúcou sa hodnotou pH klesá citlivosť SCC zliatin titánu. Keď je hodnota pH 13-14, SCC môže byť často inhibovaný. Avšak v prednej časti lokálnych trhlín, kde sa SCC mení, môže dokonca vzniknúť silné korozívne prostredie s hodnotou pH 2 až 3.
Vplyv elektrického potenciálu na stupeň SCC je rozhodujúci. Korózne systémy zložené zo zliatin a médií sú rôzne a ich potenciál citlivosti SCC je tiež odlišný. Napríklad v zliatinách B-titánu vo vodných roztokoch obsahujúcich halogenidy sa SCC zvyšuje, keď je potenciál okolo -600 mV; praskliny sa vyskytnú aj pri potenciáloch nadmernej pasivácie; ale pri potenciáloch nižších ako -1000 mV sa nevyskytnú žiadne trhliny. prasknúť. Vo vodných roztokoch obsahujúcich Cl- a Br- je potenciál citlivosti SCC Ti8Al1Mo1V -500mV{{10}}mV. Vo vodnom roztoku obsahujúcom I- je citlivá potenciálna oblasť nad 0 mV.
Teplota je jedným z dôležitých faktorov ovplyvňujúcich výskyt SCC v zliatinách titánu. Vo všeobecnosti platí, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje citlivosť SCC. V prostredí horúceho slaného vzduchu {{0}} stupňa je korózia pod napätím zliatiny Ti6Al3Mo2Zr0,5Sn citlivejšia na SCC nad 450 stupňov. Citlivosť SCC zliatiny Ti6Al4V s určitým množstvom Pd alebo Mo pridaným v roztoku H2S CO2 NaCl S pri 200 stupňoch je menšia ako pri 250 stupňoch. Materiály implantované do ľudského tela však majú obmedzenú citlivosť na teplotu.
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 a Ti6AI4V majú silnú odolnosť proti štrbinovej korózii v Hanksovom riešení. .
Korózia opotrebovaním je, keď kov prichádza do kontaktu s médiom, relatívna rýchlosť pohybu je veľká, čo spôsobuje opotrebovanie kovového povrchu, čo následne spôsobuje zrýchlenú koróziu kovu. Keď je titán implantovaný ako implantát, do určitej miery sa opotrebuje chirurgickými nástrojmi, čo spôsobí zničenie oxidového filmu existujúceho na povrchu. Ak sa tento oxidový film nepodarí včas opraviť, implantovaný kov bude ďalej korodovať alebo dokonca zlyhať.
Biomedicínske materiály sú dôležitým materiálovým základom pre rýchly rozvoj modernej klinickej medicíny a sú hlavnou témou materiálového výskumu v 21. storočí. Titán urobil veľký pokrok ako nový materiál odolný voči korózii a je široko používaný v biomedicínskej oblasti vďaka svojej dobrej biokompatibilite a odolnosti proti korózii. Stále však existuje veľa problémov, ktoré je potrebné vyriešiť pre aplikáciu titánu v ľudskom prostredí. Preto je potrebné vykonať hĺbkový výskum rôznych aspektov vlastností titánových materiálov s cieľom navrhnúť a iniciovať rýchlejší vývoj biomedicínskych materiálov.
odkazujú na:
[1] Qin Ying, Wang Shaoan. Výskum koróznych vlastností titánových a titánových zliatinových zubných implantátov [J]. International Journal of Oral Medicine, 2008, 35(4): 255-258.
[2] Huang Yongguang. Materiály z titánových zliatin pre chirurgickú implantáciu a ich štandardizácia [J]. Progress in Titanium Industry, 2002, (1): 36-39
