S društvenim napretkom i gospodarskim razvojem, posebice napretkom znanosti i tehnologije, medicina je postigla izvanredna postignuća. Među njima, materijali za medicinske proizvode razvijeni posljednjih godina igraju nezamjenjivu ulogu u liječenju i popravljanju ljudskih tkiva i poboljšanju funkcija ljudskih tkiva i organa, a titan i legure traka naširoko se koriste. U nastavku, ovaj rad ukratko analizira otpornost medicinskog titana na koroziju.
Kao važan funkcionalni materijal, titan se naširoko koristi u zrakoplovstvu, energetskoj industriji, medicinskim potrepštinama i drugim područjima zbog svoje niske gustoće, visoke specifične čvrstoće i dobre otpornosti na koroziju. Razvoj medicinskog titana i titanovih legura može se ugrubo podijeliti u tri razdoblja:
Prvi stupanj predstavljen je čistim titanom i Ti-6AI-4V; Druga perioda je: + Ti-5a1-2.5fe i Ti-6Al-7Nb su reprezentativne legure; Treća faza je razvoj proizvoda s boljim biološkim učinkom i nižim modulom elastičnosti Tip legura titana je glavna obrambena linija. Primjena novih materijala od legura titana bit će smjer razvoja trenutnih glavnih medicinskih uređaja.
Istraživanja medicinskih materijala od legura titana započela su u Kini 1970-ih kada je razvijen ti-2.5al-2.5mo-2.5zr (TAMZ). U 1990-ima, Ti-6Al-4V, ti-al-2.5fe i ti-6 s neovisnim pravima intelektualnog vlasništva su sukcesivno razvijeni
Materijal Al-7nb. Kineska akademija znanosti također je razvila novu leguru titana ti-24nb-4zr-7.6sn. Trenutačno se razvoj legura titana u Kini uglavnom fokusira na prodor novih materijala i aktivnu primjenu materijala od legura titana.
1, Korozija titana
Titan je termodinamički nestabilan metal, a njegov potencijal otupljenja je negativan. Standardni potencijal elektrode je -1,63v. Stoga je lako oblikovati oksidni film sa svojstvom pasivizacije u atmosferi i vodenoj otopini, s dobrom otpornošću na koroziju
1. Otpornost titana na koroziju u različitim medijima
Vrlo je važno proučavati otpornost medicinskih materijala na koroziju. S jedne strane, neki metalni ioni ili proizvodi korozije implantiranih materijala prodiru u biološka tkiva, što može potaknuti fiziološke reakcije različitog stupnja; S druge strane, zbog prisutnosti tjelesne tekućine, performanse nekih materijala mogu biti ozbiljno smanjene, što rezultira njihovim brzim oštećenjem ili čak kvarom. Okruženje ljudskog tijela je relativno složeno, što će vjerojatnije uzrokovati otapanje elemenata u tragovima i promijeniti stabilnost oksidnog sloja. Lagano trenje može u različitim stupnjevima oštetiti pasivacijski film formiran na površini titana. Na primjer, u okruženju siromašnom kisikom, stabilnost oksidnog sloja je oslabljena, a kada je oštećen, ne može se odmah popraviti ili stvoriti novi oksidni sloj, što će vjerojatnije uzrokovati koroziju. Ovakva se situacija teško može izbjeći ponavljanim pokretima ljudskog tijela i korištenjem instrumenata. Plastična deformacija će promijeniti strukturno stanje materijala, a zatim utjecati na koroziju materijala. Utjecaj plastične deformacije na korozijska svojstva materijala je različit. U procesu plastične deformacije nastaju defekti na površini i zrnu zbog koncentracije unutarnjeg naprezanja. Stoga će plastična deformacija oslabiti otpornost materijala na koroziju.
2. Mehanizam korozije titana
Titan je prijelazni element IVB skupine, koji je kemijski aktivan i ima veliki afinitet prema kisiku. U bilo kojem mediju-koji sadrži kisik, lako je formirati gusti pasivacijski film na površini titana, koji je vrlo tanak, a njegova debljina obično iznosi nekoliko nanometara do desetaka nanometara. Postojanje pasivizirajućeg filma od legure titana smanjuje površinsko aktivno područje otapanja i brzinu otapanja, čime se odupire oštećenjima uzrokovanim otapanjem. Osim toga, pasivni film se također može automatski popraviti, a kada se ošteti, može se brzo formirati novi zaštitni film. Stoga titan ima dobru otpornost na koroziju. Oblici korozije titana implantiranog u organizam mogu se podijeliti na rupičastu koroziju, koroziju naprezanja, koroziju pukotinama, galvansku koroziju i koroziju trošenja.
2.1 unutarnja korozija
Naponska korozija odnosi se na pojavu pucanja metala kada vlačno naprezanje i korozija djeluju istovremeno. Opći proces je sljedeći: djelovanje vlačnog naprezanja uzrokuje pucanje zaštitnog filma formiranog na metalnoj površini, stvarajući izvor pukotine rupičaste ili pukotinske korozije i razvijajući se do dubine. U isto vrijeme, djelovanje vlačnog naprezanja može uzrokovati opetovano pucanje zaštitnog filma, stvarajući pukotine okomite na vlačno naprezanje, pa čak i dovesti do loma.
2.1.1 razlozi koji utječu na reakciju naprezanja legure titana
SCC legure titana rezultat je okoliša, stresa i materijala. SCC je vrlo selektivan, sve dok se bilo koji od gornja tri čimbenika promijeni, SCC se neće pojaviti.
1) Okoliš
(1) Srednje
SCC legure titana može se pojaviti pod djelovanjem mnogih medija kao što su vodena otopina, destilirana voda, organska otopina i vruća sol. SCC mehanizam je različit u različitim medijima.
(2) PH vrijednost
Utjecaj pH vrijednosti na SCC legure titana još uvijek je prilično različit. Općenito, osjetljivost titanijske legure na SCC opada s porastom pH vrijednosti. Kada je pH vrijednost 13-14, SCC se često može suzbiti. Međutim, jaka korozivna okolina s pH vrijednošću 2-3 čak se može formirati ispred lokalnih pukotina gdje dolazi do SCC promjena.
(3) Potencijal
Učinak potencijala na stupanj SCC-a je ključan. Potencijal osjetljivosti na SCC legure razlikuje se od korozijskog sustava koji se sastoji od legure i medija. Na primjer, kada je potencijal legure b-titana u vodenoj otopini koja sadrži halid oko - 600mV, SCC se pogoršava; Pod potencijalom prekomjerne pasivizacije također se javljaju pukotine; Međutim, kada je potencijal niži od - 1000mV, nema pukotine. U vodenoj otopini koja sadrži Cl - i Br -, SCC osjetljiv potencijal ti8al1mo1v je - 500mv - - 600mV. U vodenoj otopini koja sadrži I -, osjetljivi potencijal je iznad 0mV.
(4) Temperatura
Temperatura je jedan od važnih čimbenika koji utječu na stvaranje SCC u legurama titana. Općenito govoreći, SCC osjetljivost raste s porastom temperature. U okruženju vrućeg slanog zraka od 300-500 stupnjeva, naprezna korozija legure ti6al3mo2zr0.5sn je osjetljivija na SCC iznad 450 stupnjeva. U otopini H2S + CO2 + NaCl + s, SCC osjetljivost legure Ti6Al4V s određenom količinom PD ili Mo niža je na 200 stupnjeva nego na 250 stupnjeva. Ali materijali ugrađeni u ljudsko tijelo imaju ograničenu osjetljivost na temperaturu.
(5) Koncentracija iona Cl
Što je veća koncentracija Cl - u otopini, veća je osjetljivost SCC-a.
2) Stres
SCC nezgode uzrokovane zaostalim naprezanjem legure tijekom hladne obrade, kovanja, zavarivanja, toplinske obrade ili sastavljanja čine 40% ukupnih SCC nezgoda. Osim toga, vanjsko naprezanje koje nastaje tijekom rada, vanjsko naprezanje uzrokovano volumenskim učinkom proizvoda korozije ili neravnomjerno naprezanje uzrokovano volumenskim učinkom korozijskih produkata su svi izvori naprezanja SCC-a. Što je viša razina stresa, to je kraće vrijeme SCC-a.
3) Materijali
U istom okolišnom mediju, ako su kemijski sastav, segregacija, struktura, veličina zrna, kristalni defekti, svojstva, toplinska obrada i površinsko stanje materijala različiti, njihovo ponašanje i stupanj korozije na napon također su različiti. Dodavanje male količine PD-a, Mo ili Ru leguri titana može smanjiti njezinu osjetljivost na koroziju naprezanja. Osjetljivost na SCC legura Ti6Al4V i ti15v3cr3al3sn nakon tretmana vršnim starenjem veća je nego kod žarenih legura. Kada je sadržaj kisika u leguri Ti6Al4V niži od 0,13%, osjetljivost SCC može se znatno smanjiti.
2.1.2 uobičajena rješenja
Sljedeće metode mogu se koristiti za uklanjanje ili smanjenje SCC osjetljivosti legure titana u određenim medijima:
1) Uklonite zaostalo naprezanje
Lokalni zaostali napon nastao nakon proizvodnje dijelova može se eliminirati pomoću sveukupnog žarenja ili lokalnog žarenja. U ovom trenutku treba razmotriti negativan učinak toplinske obrade na čvrstoću, plastičnost ili žilavost materijala.
2) Legiranje
Za tradicionalne legure, odgovarajuća količina PD, Mo ili Ru može se dodati leguri u skladu sa situacijom kako bi se poboljšala njena otpornost na SCC.
3) Površinska obrada
Poboljšanjem kvalitete površine titanijske legure, biokompatibilnost i otpornost na trošenje materijala mogu se poboljšati, a vrijeme i brzina stvaranja pukotina mogu se smanjiti i odgoditi.
2.2 pukotinska korozija
Kada je medij u razmaku formiranom između metalnog dijela i metala ili ne-metala, može ubrzati koroziju metala u procjepu, što se naziva korozija razmaka. Pukotinska korozija je vrsta lokalne korozije. Kada u titanu i leguri titana postoji razmak, zbog nedostatka oksidirajućih tvari u procjepu, on postaje anoda i korodira, uništavajući pasivacijski film. Općenito, pukotinska korozija prolazi kroz tri faze: ① potrošnja kisika u pukotinama; ② Formiranje makro baterije i pH vrijednost pada; ③ Pasivacijski film se aktivira i otapa dok se potpuno ne uništi. Utvrđeno je da je stupanj korozije materijala u Hanksovoj otopini na 37 stupnjeva NiTi > NiTiCu > 316L > Ti6Al4V ≈ Ti; Ti i Ti6AI4V imaju jaku otpornost na koroziju u Hanksovoj otopini.
2.3 trošenje i korozija
Korozija trošenjem je da kada su metal i medij u kontaktu jedan s drugim, relativna brzina kretanja je velika, što uzrokuje trošenje metalne površine, a zatim uzrokuje ubrzanu koroziju metala. Kada se titan ugrađuje kao implantat, on će se u određenoj mjeri trošiti s operativnim instrumentima, što će uništiti oksidni film na površini. Ako se ovaj oksidni film ne može popraviti na vrijeme, implantirani metal će dodatno korodirati ili čak otkazati.
Biomedicinski materijali važna su materijalna osnova za ubrzani razvoj suvremene kliničke medicine i glavne su teme istraživanja materijala u 21. stoljeću. Titan, kao nova vrsta materijala-otpornog na koroziju, postigao je veliki napredak. Zbog dobre biokompatibilnosti i otpornosti na koroziju naširoko se koristi u biomedicinskom području. Međutim, još uvijek postoje mnogi problemi koje treba riješiti u primjeni titana u ljudskom okruženju. Stoga bi se učinkovitost titanskih materijala u svim aspektima trebala temeljito proučiti kako bi se dizajnirao i započeo brži razvoj biomedicinskih materijala.
