Medisinsk titananalyse
Som et viktig funksjonelt materiale er titanmetall mye brukt i romfart, energiindustri, medisinsk utstyr og andre felt på grunn av dets fordeler som lav tetthet, høy spesifikk styrke og god korrosjonsbestandighet. Utviklingsprosessen av medisinsk titan og titanlegeringer kan grovt deles inn i tre perioder:
Den første perioden er representert av rent titan og Ti-6AI-4V; den andre perioden er -type legeringer, representert ved Ti-5A1-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb; den tredje perioden er bedre biologiske egenskaper og elastisitetsutvikling av. Beta titanlegeringer med lavere modul er hovedforsvaret. Anvendelsen av nye titanlegeringsmaterialer vil være utviklingsretningen for dagens mainstream medisinske utstyr.
Forskning på medisinske titanlegeringsmaterialer i mitt land begynte på 1970-tallet. Northwest Nonferrous Metal Research Institute utviklet Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ). På 1990-tallet ble Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ) med uavhengige immaterielle rettigheter utviklet. -6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe og Ti-6Al-7Nb-materialer. Det kinesiske vitenskapsakademiet har også utviklet en ny beta titanlegering Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. For tiden er utviklingen av titanlegeringer i mitt land hovedsakelig rettet mot gjennombrudd innen nye materialer og aktive anvendelser av titanlegeringsmaterialer.
Korrosjon av titan
Titan er et termodynamisk ustabilt metall med et relativt negativt passiveringspotensial, med et standard elektrodepotensial på -1.63V. Derfor er det lett å danne en oksidfilm med passiveringsegenskaper i atmosfæren og vandig løsning, og har god korrosjonsbestandighet.
Korrosjonsbestandighet av titan i forskjellige medier
Det er veldig viktig å studere korrosjonsmotstanden til medisinske materialer. På den ene siden trenger noen metallioner eller korrosjonsprodukter av implanterte materialer inn i biologisk vev, noe som kan utløse fysiologiske reaksjoner av ulik grad; på den annen side, på grunn av tilstedeværelsen av kroppsvæsker, kan ytelsen til enkelte materialer bli alvorlig forringet, og forårsake rask skade eller til og med svikt. Menneskekroppens miljø er relativt komplekst, noe som er mer sannsynlig å forårsake oppløsning av sporstoffer og endre stabiliteten til oksidlaget. Liten friksjon vil forårsake ulik grad av skade på passiveringsfilmen som dannes på titanoverflaten. For eksempel, i et miljø med oksygenmangel, svekkes stabiliteten til oksidlaget. Når den er skadet, kan den ikke repareres umiddelbart eller et nytt oksidlag kan dannes, noe som gjør det lettere å forårsake korrosjon. Denne situasjonen er nesten uunngåelig under gjentatte bevegelser av menneskekroppen og bruk av utstyr. Plastisk deformasjon vil endre materialets strukturelle tilstand, og dermed påvirke korrosjonsytelsen til materialet. Ulike grader av plastisk deformasjon har svært forskjellige effekter på korrosjonsegenskapene til materialer. Under den plastiske deformasjonsprosessen konsentreres indre spenninger, noe som forårsaker defekter i grensesnittet og kornene. Derfor svekker plastisk deformasjon materialets korrosjonsmotstand.
Titanium korrosjonsmekanisme
Titan er et overgangselement i gruppe IVB. De kjemiske egenskapene er relativt aktive og har stor affinitet med oksygen. I et hvilket som helst oksygenholdig medium dannes det lett en tett passiveringsfilm på titanoverflaten. Denne passiveringsfilmen er ekstremt tynn, med en tykkelse som vanligvis varierer fra noen få nanometer til titalls nanometer. Eksistensen av passiveringsfilm av titanlegering reduserer arealet av overflateaktiv oppløsning og bremser oppløsningshastigheten, og motstår dermed skaden forårsaket av oppløsning. I tillegg kan passiveringsfilmen repareres automatisk og en ny beskyttelsesfilm kan raskt dannes ved skade. Derfor har titan god korrosjonsbestandighet. Korrosjonsformene av titanmetall implantert i levende organismer kan deles inn i gropkorrosjon, spenningskorrosjon, spaltekorrosjon, galvanisk korrosjon og slitasjekorrosjon.
Spenningskorrosjon refererer til fenomenet metallsprekker når strekkspenning og korrosjon virker samtidig. Den generelle prosessen er: virkningen av strekkspenning fører til at den beskyttende filmen som dannes på metalloverflaten begynner å briste, og danner en sprekkkilde for gropkorrosjon eller sprekkkorrosjon, som utvikler seg dypere. Samtidig vil virkningen av strekkspenning føre til at den beskyttende filmen sprekker gjentatte ganger, og danner sprekker vinkelrett på strekkspenningsretningen. Sprekker eller til og med brudd.
Faktorer som påvirker spenningskorrosjon av titanlegeringer
Forekomsten av titanlegering SCC er et resultat av samspillet mellom tre faktorer: miljø, stress og materiale. SCC er svært selektiv. Så lenge en av de tre faktorene ovenfor endres, vil ikke SCC forekomme.
Titanlegeringer kan gjennomgå spenningskorrosjonssprekker under påvirkning av ulike medier som vandig oppløsning, destillert vann, organisk oppløsning, varmt salt osv. SCC-mekanismene i ulike medier er forskjellige.
Det er fortsatt store forskjeller i påvirkning av pH-verdi på titanlegering SCC. Generelt sett, når pH-verdien øker, synker SCC-følsomheten til titanlegeringer. Når pH-verdien er 13-14, kan SCC ofte hemmes. Men i den fremre delen av lokale sprekker hvor SCC endres, kan det til og med dannes et sterkt etsende miljø med en pH-verdi på 2 til 3.
Påvirkningen av elektrisk potensial på graden av SCC er avgjørende. Korrosjonssystemene som består av legeringer og medier er forskjellige, og deres SCC-sensitivitetspotensialer er også forskjellige. For eksempel, i B-titanium-legeringer i vandige løsninger som inneholder halogenider, øker SCC når potensialet er rundt -600mV; sprekker vil også oppstå ved overpassiveringspotensialer; men ved potensialer lavere enn -1000mV vil ingen sprekker oppstå. sprekk. I vandige løsninger som inneholder Cl- og Br-, er SCC-følsomhetspotensialet til Ti8Al1Mo1V -500mV{{10}}mV. I en vandig løsning som inneholder I-, er det følsomme potensielle området over 0mV.
Temperatur er en av de viktige faktorene som påvirker forekomsten av SCC i titanlegeringer. Generelt, når temperaturen øker, øker følsomheten for SCC. I et varmt saltluftmiljø på {{0}} grader er spenningskorrosjonen til Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn-legeringen mer følsom for SCC over 450 grader. SCC-følsomheten til Ti6Al4V-legering med en viss mengde Pd eller Mo tilsatt i H2S CO2 NaCl S-løsning ved 200 grader er mindre enn ved 250 grader. Imidlertid har materialer implantert i menneskekroppen begrenset følsomhet for temperatur.
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 sterk sprekkkorrosjonsmotstand i Hanks-løsningen. .
Slitasjekorrosjon er når metall kommer i kontakt med mediet, den relative bevegelseshastigheten er stor, noe som fører til at metalloverflaten blir slitt, noe som igjen forårsaker akselerert korrosjon av metallet. Når titan implanteres som et implantat, vil det til en viss grad slites med kirurgiske instrumenter, noe som fører til at oksidfilmen som finnes på overflaten blir ødelagt. Hvis denne oksidfilmen ikke kan repareres i tide, vil det implanterte metallet korrodere ytterligere eller til og med svikte.
Biomedisinske materialer er et viktig materiell grunnlag for den raske utviklingen av moderne klinisk medisin og er hovedtemaet for materialforskning i det 21. århundre. Titan har gjort store fremskritt som et nytt korrosjonsbestandig materiale og er mye brukt i det biomedisinske feltet på grunn av dets gode biokompatibilitet og korrosjonsbestandighet. Imidlertid er det fortsatt mange problemer som må løses for anvendelse av titan i det menneskelige miljøet. Derfor er det nødvendig å gjennomføre dyptgående forskning på ulike aspekter ved egenskapene til titanmaterialer for å designe og sette i gang raskere utvikling av biomedisinske materialer.
referere til:
[1] Qin Ying, Wang Shaoan. Forskning på korrosjonsegenskapene til tannimplantater av titan og titanlegeringer [J]. International Journal of Oral Medicine, 2008, 35(4): 255-258.
[2] Huang Yongguang. Titanlegeringsmaterialer for kirurgisk implantasjon og deres standardisering [J]. Progress in Titanium Industry, 2002, (1): 36-39
