医用金属材料课件.ppt

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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：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。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、磁性合金等等。2医用金属材料的特性

2、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）耐磨性(3)耐腐蚀性能：腐蚀不仅降低或破坏金属材料的机械性能，导致断裂，还产生腐蚀产物，对人体有刺激性和毒性。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。（作为摩擦部件的医用金属材料，其耐磨性直接影响到植入器件的寿命）3常用医用金属材料3.1不锈钢（1）分类、组成和性能奥氏体不锈钢是在铁-铬系统中再加入8%以上的镍形成铁-铬-镍三元合金，随着碳

3、含量的增加，强度大幅度地提高，抗腐蚀性能优异，常作为生物材料选用。最早用于植入材料的不锈钢是18-8(即302不锈钢)，其强度与耐蚀性能均优于钒钢。引入18-8sMo，其中的Mo能够改善在电解质溶液中的耐腐蚀性能，这就是我们熟知的316不锈钢。20世纪50年代，316不锈钢的碳含量由0.08%降低为0.03%，进一步提高了其在含Cl溶液体系中的耐蚀性能，降低了材料致敏性，这就是常见的316L不锈钢表3.1316和316L不锈钢材料的力学性能材料状态抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%洛氏硬度/HR

4、B退火态5152054095316冷精轧62031035－冷加工86069012300～350退火态5051954095316L冷精轧60529535－冷加工86069012－表3.1给出了奥氏体不锈钢316和316L的力学性能。显然，退火态的材料硬度与强度较低，而经过冷加工后，材料可以具有更高的强度和硬度。这说明此类材料可以在大范围内调节力学性能。但即使是牌号为316L的不锈钢在体内的特定环境下（如在高压或缺氧区域）也会被腐蚀。它们适合做临时装置，如骨折固定板、固定螺钉或销子.。（2）生物相容性腐蚀作

5、用造成其长期植入的稳定性差，密度和弹性模量与人体硬组织相距较大，力学相容性差。溶出的镍离子有可能诱发肿瘤的形成及本身无生物活性，难于和生物组织形成牢固等原因，应用比例呈下降趋势。（3）临床应用1)齿科：镶牙、齿科矫形、牙根种植及辅助器件2)人工关节和骨折内固定器械：人工肩关节、肘关节、全髋关节、半髋关节、膝关节、踝关节、腕关节及指关节。各种规格的皮质骨和松质骨加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝、人工椎体和颅骨板等，3)心血管系统：各种传感器、植入电极的外壳和合金导线，可制作不锈钢的人工心脏瓣膜、血管内扩张支架

6、等4)其它：如用于各种眼科缝线、人工眼导线、眼眶填充、固定环等。3.2Co基合金（1）分类、组成和性能钴基合金通常是指Co-Cr合金，基本上分为两类：一类是Co-Cr-Mo合金，一般通过铸造加工，铸造Co-Cr-Mo合金已经在牙科方面应用了近几十年，目前主要用于制造人工关节连接件；另一类是Co-Ni-Cr-Mo合金，一般通过热锻加工，锻造Co-Ni-Cr-Mo合金主要用于制造关节替换假体连接件的主干，承受重载荷，如膝关节和髋关节等。Co-Ni-Cr-Mo合金是一种最有名的钴基合金，它大约含有Ni35%(

7、质量分数)和Co35%(质量分数)，这种合金在压力下对海水(含有Cl-)有很强的抗蚀性，冷加工可大大增加它的强度。但在提高材料力学性能的同时，也增加了材料的加工难度。因此，现在采用热锻方法制造这种合金的植入器械。锻造Co-Ni-Cr-Mo合金和铸造Co-Cr-Mo合金一样具有相似的耐磨性能,在关节模拟测试中大约是每年被磨损0.14mm)。但是，由于Co-Ni-Cr-Mo合金较差的耐磨性能而不提倡用来制作关节假体的摩擦面。锻造Co-Ni-Cr-Mo合金具有很高的疲劳强度和极限抗拉强度，植入很长时间后，也很

8、少会发生断裂。种类状态屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率(%)疲劳强度(MPa)铸态5157259.0250CoCrMo固溶退火533114315.0280锻造962150728.0897退火(ASTM)4506658.0－退火35086260.0345CoCrWMo冷加工1310151012.0586退火(ASTM)31086010.0－CoNiCrMo固溶退火240～655795～100050.0－冷加工时效158517908.