医用金属材料医用金属材料课件.ppt

1、16/11/09医用金属材料医用金属材料医用金属材料医用金属材料人体环境中对金属植入物的腐蚀常见的金属植入材料生物医用钛及钛合金人体环境特点人体环境特点体液是质量分数约为1%的NaCl、少量其它盐类及有机化合物的充气溶液。有人说人体与温暖的海水相似。在人体的不同部位，甚至同一部位不同时刻，人体组织内体液的成分不一样。电化学腐蚀的基本规律对人体环境中的植入材料的腐蚀完全适用。人体体人体体液环境液环境 由体液由体液构成构成 多种多样多种多样的的 电解质溶电解质溶液液人体环境可能发生的腐蚀形式：人体环境可能发生的腐蚀形式：还有其他的腐蚀形式，如晶间腐蚀（不锈钢最易发生的腐蚀形式）、应力腐蚀、微动腐蚀

2、等。均匀腐蚀点腐蚀点腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀磨损腐蚀磨损腐蚀腐蚀疲劳腐蚀疲劳均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。大面积发生，以金属离子形式进入人体组织里的量还是相当可观，影响生物相容性，增加病人的痛苦甚至危及生命。点腐蚀是一种腐蚀集中在金属（合金)表面数十微米范围内且向纵深发展的腐蚀行式。形成条件：钝化膜，特殊离子，电位差。均匀腐蚀点腐蚀点腐蚀缝隙腐蚀是指连接处出现狭窄的缝隙，电解质溶液进入，使缝内金属与缝外金属构成短路原电池，并且在缝内发生强烈局部腐蚀。多零件植入装置中，大约有50%遭受缝隙腐蚀。电偶腐蚀是由于腐蚀电位不同，造成同一介质中异种金属接触处的局部腐蚀

3、。在多个零件构成的植入装置中，选用的材料不同就容易产生电偶腐蚀。手术时也要注意。电偶腐蚀电偶腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀腐蚀疲劳是指金属材料在交变应力的共同作用下产生的断裂现象。腐蚀疲劳裂纹总是从植入器件表面发生，所以可以对植入器件喷丸处理提高疲劳寿命。磨损腐蚀是由于植入器件之间反复的相对的滑动所造成的 表面磨损与腐蚀环境的综合作用结果。磨损腐蚀造成点蚀坑或颗粒形状的斑疤。磨损腐蚀磨损腐蚀腐蚀疲劳腐蚀疲劳医用金属材料严格满足如下要求：有足够的力学强度和抗疲劳性能有极好的耐腐蚀性能,无磁性必须无毒、无致癌性与过敏反应具有良好的光洁度4123材料易于制造,价格适当5常见医用金属材料及特点（优点）常见医用金

4、属材料及特点（优点）纯钛和 钛合金 不锈钢 钴基合金 形状记 忆合金 贵金属 良好的稳定性和加工性能。因其价格较贵,广泛应用受到限制较硬富有弹性,可起到矫形或支撑作用.其优良的生物相容性、耐腐蚀、耐磨性、无毒。无毒、质轻、强度高、生物相容性好优点良好的耐腐蚀性能和综合力学性能,且加工工艺简便耐腐蚀和力学性能综合衡量,它是最优良的材料之一医用金属材料在诸多生物材料中,由于具有较高强度和韧性,适用于修复和置换人体硬组。.骨折不愈，钢板钢板螺钉松动。术后9年左上臂再次外伤，外院进行钢板取出外固定架固定植骨术。术后6个月，钛钛人工骨完全吸收，骨折愈合，患者左上臂活动恢复正常钛及钛合金的优势：钛及钛合金

5、的优势：20时密度为 4.5 g/cm3，仅为不锈钢的 56%。植入人体内大幅度减轻了人体的负荷量，作为医疗器械也减轻了医务人员操作负荷。为 108 500 MPa，仅为不锈钢的53%，植入人体内与人体自然骨更接近，有利于接骨，能够减少骨头对植入物的应力屏蔽效应。钛及钛合金是无磁性金属，不受电磁场和雷雨天气的影响，这有利于使用后的人体安全。1质轻2弹性模量低3无磁性钛及钛合金的优势：钛及钛合金的优势：钛及钛合金的无毒性，作为植入物对人体无毒副作用。在人体血液的浸泡环境中具有优异的耐腐蚀性，保证了与人体血液及细胞组织的相容性好，作为植入物不产生人体污染，不会发生过敏反应。长期留置于人体内，会受到

6、人体的弯曲、扭转、挤压、肌肉收缩力等作用，要求植入物具有高的强度和韧性。钛合金，完全可以满足人体植入物的要求。4无毒性5抗腐蚀性 6强度高、韧性好髋关节钛制金属件（有上百种）钛制金属件（有上百种）:股骨头肱骨颅骨肘关节肩关节掌指关节颌骨心辨膜肾辨膜血管扩张器夹板假体紧固螺钉膝关节研发现状：研发现状：据报道，世界上每年有近千吨医用型钛及钛合金材料用于制造人体植入物，其中 80%的是Ti-6Al-4V钛合金。随着医用型 Ti-6Al-4V钛合金应用发展，开发出具有高断裂韧性，低裂纹扩展的低间隙元素型Ti-6Al-4V ELI钛合金。材料学界专家积极开发无铝、钒的新型钛合金，如：Ti-13Nb-13Zr钛合金（ASTM F1713-1996）、Ti-12Nb-6Zr-2Fe钛合金（ASTM F1813-1996）、Ti-5Al-2.5Fe钛合金、Ti-6Al-7Nb钛合金未证明 Ti-6Al-4V钛合金制品在人体中的危害作用，从综合性能、良好的变形加工与价格定位上看，Ti-6Al-4V合金仍然是至今为止最理想的人体植入物金属材料。16/11/09