《医用金属材料》ppt课件

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1、第3章医用金属材料目录医用金属材料的特性与要求2医用金属材料的腐蚀4常用医用金属材料3金属与合金表面涂层处理5医用金属材料概述1医用金属材料的研究进展61金属植入材料定义：历史应用：是一种用作生物医用材料的金属或合金，又称作外科用金属材料或医用金属材料，是一类生物惰性材料。公元前400～300年，腓尼基人就将金属丝用于修复牙缺失；在中国唐代(618-907A.D.)，有用银膏补齿的记载[2]，银膏的成分是银、汞和锡，与现代的银汞合金很相似。最先广泛应用于临床治疗的金属材料是具有良好化学稳定性及加工性能的金、银、铂等贵金属，但以修补为主，直到20世纪初，

2、不锈钢的开发应用才使得金属材料在生物医用器材上的应用发展更为广阔。通常用于整形外科、牙科等等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。目前临床应用的金属植入材料主要包括：医用贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属，以及不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金、磁性合金等。2医用金属材料的特性与要求(1)生物相容性:即生物学反应最小(2)优良的机械性能:强度与弹性模量（与生物体匹配）人体骨的强度不高，如股骨头的抗压强度仅为143MPa，具有较低的弹性模量；股骨头的强度纵向弹性模量约为13.8GPa，径向弹性模量为纵向的1/3，其断裂韧性较高健康

3、骨骼还具有自行调节能力，不易损坏或断裂。与人体骨相反，生物医用金属材料通常具有较高的弹性模量，一般高出人体骨一个数量级，即使模量较低的钛合金也高出人体骨4-5倍无不良刺激、无毒害，不引起毒性反应、免疫反应，不致癌、不致畸，无炎性反应，不引起感染，不被排斥。有助于愈合和附着。生物医用金属材料以其优良的力学性能、易加工性和可靠性在临床医学中获得了广泛的应用，其重要性与生物医用高分子材料并驾齐驱，在整个生物医用材料应用中各占45%左右，由于金属材料在组成上与人体组织成分相距甚远，因此，金属材料很难与生物组织产生亲合，一般不具有生物活性，它们通常以其相对稳定的

4、化学性能，获得一定的生物相容性，植入生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常组织隔绝。组织反应一般根据植入物周围所形成的包膜厚度及细胞浸润数来评价。美国材料试验学会的ASTM-F4的标准规定，金属材料埋植6个月后，纤维包膜厚度﹤0.03mm为合格。金属材料的毒性毒性反应与材料释放的化学物质和浓度有关。因此，若在材料中需引入有毒金属元素来提高其他性能，首先应考虑采用合金化来减小或消除毒性，并提高其耐蚀性能；其次采用表面保护层和提高光洁度等方法来提高抗蚀性能。金属的毒性主要作用于细胞，可抑制酶的活动，阻止酶通过细胞膜的扩散和破坏溶酶体，一般

5、可通过组织或细胞培养、急性和慢性毒性试验、溶血试验等来检测。二、耐生理腐蚀性腐蚀的发生是一个缓慢的过程，其产物对生物机体的影响决定植入器件的使用寿命。医用金属材料植入体内后处于长期浸泡在含有有机酸、碱金属或碱土金属离子（Na+、K+、Ca2+）、Cl－离子等构成的恒温（37℃）电解质的环境中，加之蛋白质、酶和细胞的作用，其环境异常恶劣，材料腐蚀机制复杂。此外，磨损和应力的反复作用，使材料在生物体内的磨损过程加剧，可能发生多种腐蚀机制协同作用的情况。因此，有必要了解材料在体内环境的腐蚀机制，从而指导材料的设计和加工。生物医用金属材料在人体生理环境下的腐蚀

6、主要有八种类型：化学或电化学反应全部在暴露表面上或在大部分表面上均匀进行的一种腐蚀。腐蚀产物及其进入人体环境中的金属离子总量较大，影响到材料的生物相容性。点腐蚀发生在金属表面某个局部，也就是说在金属表面出现了微电池作用，而作为阳极的部位要受到严重的腐蚀。临床资料证实，医用不锈钢发生点蚀的可能性较大。1.均匀腐蚀2.点腐蚀发生在两个具有不同电极电位的金属配件偶上的腐蚀。多见于两种以上材料制成的组合植入器件，甚至在加工零件过程中引入的其他工具的微粒屑，以及为病人手术所必须使用的外科器械引入的微粒屑，也可能引发电偶腐蚀。因此，临床上建议使用单一材料制作植入部

7、件以及相应的手术器械、工具。3.电偶腐蚀由于环境中化学成分的浓度分布不均匀引起的腐蚀，属闭塞电池腐蚀，多发生在界面部位，如接骨板和骨螺钉，不锈钢植入器件更为常见。4.缝隙腐蚀发生在材料内部晶粒边界上的一种腐蚀，可导致材料力学性能严重下降。一般可通过减少碳、硫、磷等杂质含量等手段来改善晶间腐蚀倾向。5.晶间腐蚀植入器件之间切向反复的相对滑动所造成的表面磨损和磨蚀环境作用所造成的腐蚀。不锈钢的耐磨蚀能力较差，钴基合金的耐磨蚀能力优良。6.磨蚀材料在腐蚀介质中承受某些应力的循环作用所产生的腐蚀，表面微裂纹和缺陷可使疲劳腐蚀加剧。因此，提高表面光洁度可改善这一

8、性能。7.疲劳腐蚀在应力和腐蚀介质共同作用下出现的一种加速腐蚀的行为。在裂纹尖端处可发生力学和