Orvosi titán elemzés
Fontos funkcionális anyagként a titánfémet széles körben használják a repülőgépiparban, az energiaiparban, az orvosi ellátásban és más területeken, olyan előnyei miatt, mint az alacsony sűrűség, a nagy fajlagos szilárdság és a jó korrózióállóság. Az orvosi titán és titánötvözetek fejlesztési folyamata nagyjából három időszakra osztható:
Az első időszakot a tiszta titán és a Ti-6AI-4V jelenti; a második periódus a -típusú ötvözetek, amelyeket Ti-5A1-2.5Fe és Ti-6Al-7Nb képvisel; a harmadik periódus a jobb biológiai tulajdonságok és rugalmasság fejlesztése. Az alacsonyabb modulusú béta-titánötvözetek jelentik a fő védelmi vonalat. Az új titánötvözet anyagok alkalmazása lesz a jelenlegi főbb orvosi eszközök fejlesztési iránya.
Hazámban az orvosi titánötvözet anyagokkal kapcsolatos kutatások az 1970-es években kezdődtek. A Northwest Nonferrous Metal Research Institute kifejlesztette a Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr-t (TAMZ). Az 1990-es években fejlesztették ki a Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr-t (TAMZ) független szellemi tulajdonjogokkal. -6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe és Ti-6Al-7Nb anyagok. A Kínai Tudományos Akadémia új béta-titánötvözetet is kifejlesztett, a Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. Hazámban jelenleg a titánötvözetek fejlesztése elsősorban az új anyagok és a titánötvözet anyagok aktív alkalmazásai terén való áttörést célozza.
A titán korróziója
A titán termodinamikailag instabil fém, viszonylag negatív passzivációs potenciállal, standard elektródpotenciáljával -1,63 V. Ezért könnyű passzivációs tulajdonságokkal rendelkező oxidfilmet képezni légkörben és vizes oldatban, és jó korrózióállósággal rendelkezik.
A titán korrózióállósága különböző közegekben
Nagyon fontos az orvosi anyagok korrózióállóságának tanulmányozása. Egyrészt a beültetett anyagok egyes fémionjai vagy korróziós termékei behatolnak a biológiai szövetekbe, amelyek különböző mértékű élettani reakciókat válthatnak ki; másrészt a testnedvek jelenléte miatt egyes anyagok teljesítménye erősen leromolhat, ami gyors károsodást vagy akár meghibásodást is okozhat. Az emberi test környezete viszonylag összetett, ami nagyobb valószínűséggel idézi elő a nyomelemek feloldódását és megváltoztatja az oxidréteg stabilitását. Az enyhe súrlódás a titán felületén képződött passzivációs film különböző mértékű károsodását okozza. Például oxigénhiányos környezetben az oxidréteg stabilitása gyengül. Sérülés esetén nem javítható azonnal, vagy új oxidréteg képződhet, így könnyebb a korrózió. Ez a helyzet szinte elkerülhetetlen az emberi test ismételt mozgása és a berendezések használata során. A képlékeny alakváltozás megváltoztatja az anyag szerkezeti állapotát, ezáltal befolyásolja az anyag korróziós tulajdonságait. A képlékeny alakváltozás különböző foka nagyon eltérő hatással van az anyagok korróziós tulajdonságaira. A képlékeny deformációs folyamat során a belső feszültség koncentrálódik, ami hibákat okoz a határfelületen és a szemcséken. Ezért a képlékeny deformáció gyengíti az anyag korrózióállóságát.
Titán korróziós mechanizmus
A titán a IVB csoport átmeneti eleme. Kémiai tulajdonságai viszonylag aktívak és nagy affinitást mutatnak az oxigénnel. Bármilyen oxigéntartalmú közegben könnyen kialakul egy sűrű passzivációs film a titán felületén. Ez a passzivációs film rendkívül vékony, vastagsága általában néhány nanométertől több tíz nanométerig terjed. A titánötvözet passzivációs film megléte csökkenti a felületaktív oldódás területét és lassítja az oldódási sebességet, így ellenáll az oldódás okozta károsodásoknak. Ezenkívül a passziváló fólia automatikusan javítható, és sérülés esetén gyorsan új védőfólia alakítható ki. Ezért a titán jó korrózióállósággal rendelkezik. Az élő szervezetekbe beültetett titán fém korróziós formái lyukkorrózióra, feszültségkorrózióra, réskorrózióra, galvanikus korrózióra és kopáskorrózióra oszthatók.
A feszültségkorrózió a fémrepedések jelenségére utal, amikor a húzófeszültség és a korrózió egyidejűleg hat. Az általános folyamat a következő: a húzófeszültség hatására a fémfelületen kialakult védőfólia elkezd felszakadni, lyukkorróziós vagy réskorróziós repedésforrást képezve, amely mélyebbre fejlődik. Ugyanakkor a húzófeszültség hatására a védőfólia ismételten megreped, és a húzófeszültség irányára merőleges repedéseket képez. Repedések vagy akár törés.
A titánötvözetek feszültségkorrózióját befolyásoló tényezők
A titánötvözet SCC előfordulása három tényező kölcsönhatásának eredménye: környezet, feszültség és anyag. Az SCC erősen szelektív. Amíg a fenti három tényező bármelyike megváltozik, az SCC nem fordul elő.
A titánötvözetek feszültségkorróziós repedést szenvedhetnek különböző közegek, például vizes oldat, desztillált víz, szerves oldat, forró só stb. hatására. Az SCC mechanizmusok különböző közegekben eltérőek.
Még mindig nagy különbségek vannak a pH-érték befolyásában a titánötvözet SCC-re. Általánosságban elmondható, hogy a pH-érték növekedésével a titánötvözetek SCC-érzékenysége csökken. Ha a pH-érték 13-14, az SCC gyakran gátolható. Azonban a helyi repedések elülső szakaszán, ahol az SCC megváltozik, erős korrozív környezet is kialakulhat 2-3 pH-értékkel.
Az elektromos potenciál hatása az SCC fokára döntő jelentőségű. Az ötvözetekből és közegekből álló korróziós rendszerek eltérőek, és az SCC érzékenységi potenciáljuk is eltérő. Például a halogenideket tartalmazó vizes oldatokban lévő B-titán ötvözetekben az SCC növekszik, ha a potenciál -600mV körül van; repedések keletkeznek a túlzott passzivációs potenciáloknál is; de -1000mV-nál kisebb potenciáloknál nem keletkeznek repedések. rés. Cl- és Br- tartalmú vizes oldatokban a Ti8Al1Mo1V SCC érzékenységi potenciálja -500mV{{10}}mV. Az I- tartalmú vizes oldatban az érzékeny potenciálterület 0 mV felett van.
A hőmérséklet az egyik fontos tényező, amely befolyásolja az SCC előfordulását a titánötvözetekben. Általában a hőmérséklet emelkedésével nő az SCC érzékenysége. {{0}} fokos forró sós levegős környezetben a Ti6Al3Mo2Zr0,5Sn ötvözet feszültségkorróziója érzékenyebb az SCC-re 450 fok felett. A Ti6Al4V ötvözet SCC érzékenysége bizonyos mennyiségű Pd vagy Mo hozzáadásával H2S CO2 NaCl S oldathoz 200 fokon kisebb, mint 250 fokon. Az emberi testbe beültetett anyagok azonban korlátozott mértékben érzékenyek a hőmérsékletre.
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; A Ti és a Ti6AI4V erős réskorrózióállósággal rendelkezik a Hanks megoldásban. .
Kopáskorrózióról akkor beszélünk, ha fém érintkezik a közeggel, a relatív mozgási sebesség nagy, ami a fémfelület kopását okozza, ami viszont a fém felgyorsult korrózióját okozza. Ha a titánt implantátumként ültetik be, akkor a sebészeti eszközökkel bizonyos mértékig elhasználódik, ami a felületen lévő oxidréteg tönkremenetelét okozza. Ha ezt az oxidfilmet nem lehet időben megjavítani, a beültetett fém tovább korrodálódik, vagy akár meghibásodik.
Az orvosbiológiai anyagok fontos anyagi alapot jelentenek a modern klinikai orvoslás gyors fejlődéséhez, és a 21. század anyagkutatásának fő témáját jelentik. A titán nagy előrehaladást ért el, mint új korrózióálló anyag, és jó biokompatibilitása és korrózióállósága miatt széles körben használják az orvosbiológiai területen. A titán emberi környezetben való alkalmazásával kapcsolatban azonban még mindig sok problémát kell megoldani. Ezért szükséges a titán anyagok tulajdonságainak különféle vonatkozásaiban mélyreható kutatások lefolytatása az orvosbiológiai anyagok tervezése és gyorsabb fejlesztése érdekében.
hivatkozni:
[1] Qin Ying, Wang Shaoan. Titán és titánötvözet fogászati implantátumok korróziós tulajdonságainak kutatása [J]. International Journal of Oral Medicine, 2008, 35(4): 255-258.
[2] Huang Yongguang. Titánötvözet anyagok sebészeti implantációhoz és szabványosításuk [J]. Progress in Titanium Industry, 2002, (1): 36-39
