Ako dôležitý funkčný materiál je titánový kov široko používaný v leteckom a kozmickom priemysle, energetickom priemysle, zdravotníckych materiáloch a iných oblastiach pre svoje výhody nízkej hustoty, vysokej špecifickej pevnosti a dobrej odolnosti proti korózii. Vývoj medicínskeho titánu a titánových zliatin je zhruba rozdelený do troch období:
Prvé obdobie predstavuje čistý titán a Ti-6AI-4V; druhú periódu predstavujú zliatiny typu + -, Ti-5A1-2.5Fe a Ti-6Al-7Nb; a tretie obdobie predstavuje vývoj zliatin titánu typu s lepšími biologickými vlastnosťami a nižším modulom pružnosti ako hlavnej obrannej línie. Aplikácia nových materiálov zo zliatiny titánu bude súčasným smerom hlavného prúdu vývoja zdravotníckych pomôcok.
Výskum materiálov z lekárskych zliatin titánu v Číne sa začal v 70. rokoch 20. storočia, Severozápadný inštitút pre výskum neželezných kovov vyvinul Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ) a v 90. rokoch vyvinuli s nezávislými právami duševného vlastníctva materiálov Ti-6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe a Ti-6Al{14}}Nb. Čínska akadémia vied tiež vyvinula novú zliatinu titánu Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. Čínsky súčasný vývoj titánových zliatin k prelomu nových materiálov a materiálov z titánovej zliatiny pre aktívnu aplikáciu hlavného smeru.
I. Korózia titánu
Titán je termodynamicky nestabilný kov, pasivačný potenciál je zápornejší, štandardný elektródový potenciál je -1,63V. Preto sa v atmosfére a vodnom roztoku ľahko vytvorí vrstva oxidovaného filmu s pasivačnými vlastnosťami, lepšou odolnosťou proti korózii.
1, odolnosť proti korózii titánu v rôznych médiách
Je dosť dôležité študovať odolnosť medicínskych materiálov proti korózii. Na jednej strane niektoré kovové ióny alebo produkty korózie implantovaného materiálu prenikajú do tkanív organizmu, čo môže spúšťať rôzne stupne fyziologických reakcií; na druhej strane v dôsledku prítomnosti telesných tekutín môže byť výkon určitých materiálov výrazne znížený, čo má za následok rýchle poškodenie alebo dokonca zlyhanie. Pomerne zložité prostredie ľudského tela skôr spôsobí rozpúšťanie stopových prvkov a zmenu stability oxidovej vrstvy. Mierne trenie môže spôsobiť, že tvorba titánového povrchového pasivačného filmu utrpí rôzne stupne poškodenia, napríklad v prostredí chudobnom na kyslík je stabilita oxidovej vrstvy oslabená, nedá sa okamžite opraviť pri poškodení alebo vytvorením novej oxidovej vrstvy , pravdepodobnejšie spôsobí koróziu. Tejto situácii sa pri opakovanom pohybe ľudského tela a používaní nástrojov takmer nedá vyhnúť. Plastická deformácia zmení organizačný stav materiálu, čo následne ovplyvní korózne vlastnosti materiálu. Rôzne stupne plastickej deformácie na koróznom výkone materiálu sa značne líšia. V procese plastickej deformácie, v dôsledku koncentrácie vnútorných napätí, ktoré vedú k poruchám rozhrania a zŕn, preto plastická deformácia oslabí koróznu odolnosť materiálu.
2, titánový korózny mechanizmus
Titán je prechodný prvok skupiny IVB, chemickej povahy je aktívnejší a kyslík má veľkú afinitu. V akomkoľvek médiu obsahujúcom kyslík sa na povrchu titánu ľahko vytvorí hustý pasivačný film, pasivačný film je extrémne tenký, jeho hrúbka je zvyčajne niekoľko nanometrov až desiatok nanometrov. Prítomnosť pasivačného filmu na zliatinách titánu má za následok zmenšenie plochy povrchovo aktívneho rozpúšťania a spomalenie rýchlosti rozpúšťania, čím sa odoláva poškodeniu spôsobenému rozpúšťaním. Okrem toho je pasivačná fólia schopná aj automatickej opravy, pri poškodení dokáže rýchlo vytvoriť novú ochrannú fóliu. V dôsledku toho má titán dobrú odolnosť proti korózii. Titánový kov implantovaný do živých organizmov, formu korózie možno rozdeliť na koróziu pórov, koróziu pod napätím, štrbinovú koróziu, koróziu galvanickej väzby a koróziu opotrebovaním.
2.1 Korózia pod napätím
Napäťová korózia je jav prasknutia kovu, keď ťahové napätie a korózia pôsobia súčasne. Všeobecný proces je: úloha ťahového napätia tak, aby sa ochranný film vytvorený na povrchu kovu začal pretrhávať, vznik bodovej korózie alebo zdroj trhlínovej korózie, do pozdĺžnej hĺbky vývoja, súčasne, úloha ťahového napätia môže spôsobiť opakované pretrhnutie ochranného filmu, vznik kolmo na smer ťahového napätia trhliny alebo dokonca viesť k pretrhnutiu.
2.1.1 Faktory ovplyvňujúce koróziu titánu pod napätím
Výskyt SCC na titánovej zliatine je výsledkom spoločného pôsobenia troch faktorov: prostredia, napätia a materiálu, SCC je vysoko selektívny, pokiaľ má zmeniť niektorý z vyššie uvedených troch faktorov, SCC sa nevyskytne.
(1) Životné prostredie
(1) Stredná
Zliatiny titánu môžu byť podrobené SCC v mnohých vodných roztokoch, destilovanej vode, organických roztokoch a horúcich soliach atď. Mechanizmus SCC nie je rovnaký v rôznych médiách.
(2) Hodnota pH
Hodnota pH titánovej zliatiny SCC účinok existuje značný nesúhlas. Všeobecne platí, že so zvyšujúcou sa hodnotou pH sa citlivosť SCC titánovej zliatiny znižuje, keď hodnota pH 13-14 môže často inhibovať SCC, ale zmeny v SCC v prednej časti lokálnych trhlín môžu dokonca vytvárať silnú korozívnu prostredí s hodnotou pH 2-3.
(3) Potenciál
Vplyv potenciálu na stupeň SCC je kritický. Zliatina a zloženie média korózneho systému je odlišné, jeho potenciál citlivý na SCC je odlišný. Ako B - zliatina titánu obsahujúca halogenidy vo vodnom roztoku, keď potenciál v blízkosti -600mV, SCC zhoršenie; v potenciáli nadmernej pasivácie by sa mali vytvárať aj trhliny; ale v menšom ako -1000mV potenciál nie je prasknutý. Vo vodnom roztoku obsahujúcom Cl- a Br- je SCC citlivý potenciál Ti8Al1Mo1V -500mV{{10}} mV, zatiaľ čo vo vodnom roztoku obsahujúcom I- je 0 mV alebo viac citlivá potenciálna oblasť.
(4) Teplota
Teplota je jedným z dôležitých faktorov ovplyvňujúcich SCC zliatin titánu. Vo všeobecnosti sa zvyšuje teplota, zvyšuje sa citlivosť SCC. V prostredí horúcej soli a vzduchu {{0}}} stupňov, zliatina Ti6Al3Mo2Zr0,5Sn namáhaná koróziou pri teplote 450 stupňov alebo vyššej citlivej na SCC. Zliatiny Ti6Al4V s určitým množstvom Pd alebo Mo v roztoku H2S+CO2+NaCl+S boli menej citlivé na SCC pri 200 stupňoch ako pri 250 stupňoch. Teplotná citlivosť materiálu implantovaného do ľudského tela je však obmedzená.
(5) Koncentrácia Cl-iónov
Čím vyššia je koncentrácia Cl- v roztoku, tým väčšia je jeho SCC citlivosť.
(2) Stres
Havárie SZB spôsobené zvyškovými napätiami vznikajúcimi pri spracovaní za studena, kovaní, zváraní, tepelnom spracovaní alebo montáži zliatin tvoria 40 % celkových nehôd SZB. Okrem toho sú zdrojom napätí, ktoré vytvárajú SZB, vonkajšie napätia vznikajúce pri práci alebo v dôsledku objemového účinku produktov korózie alebo nerovnomerné napätia v dôsledku objemového účinku produktov korózie atď. Čím vyššia je úroveň stresu, tým kratší je čas na vznik SCC.
3) Materiál
V tom istom prostredí prostredia, ak sú chemické zloženie materiálu, segregácia, organizácia, veľkosť zrna, kryštálové defekty, vlastnosti, tepelné spracovanie a stav povrchu atď. odlišné, jeho správanie a stupeň korózie pod napätím sú tiež odlišné. Pridanie malých množstiev Pd, Mo alebo Ru do titánových zliatin môže znížiť ich náchylnosť na koróziu pod napätím. Citlivosť SCC zliatin Ti6Al4V a Ti15V3Cr3Al3Sn ošetrených vrcholovým starnutím je vyššia ako citlivosť žíhaného stavu. Keď je obsah kyslíka v zliatine Ti6Al4V nižší ako 0,13 %, citlivosť SCC sa môže výrazne znížiť.
2.1.2 Spoločné riešenia
Na odstránenie alebo zníženie citlivosti SCC zliatin titánu v určitom médiu možno použiť nasledujúce riešenia.
(1) Odstráňte zvyškové napätie
Môže sa eliminovať prostredníctvom celého žíhania alebo metódy lokálneho žíhania, aby sa eliminovalo lokálne zvyškové napätie vznikajúce po výrobe dielov. V tejto chvíli treba zvážiť negatívny vplyv tepelného spracovania na pevnosť, plasticitu či húževnatosť materiálu.
(2) legovanie
V prípade tradičných zliatin podľa situácie v zliatine pridajte vhodné množstvo Pd, Mo alebo Ru na zlepšenie odolnosti voči SCC.
3) Povrchová úprava
Zlepšením kvality povrchu titánových zliatin, na zlepšenie biokompatibility a odolnosti materiálu proti opotrebovaniu, skrátiť a oddialiť čas a rýchlosť praskania.
2.2 štrbinová korózia
When the medium in the metal parts and metal or non-metallic gap between the formation of the gap, can make the gap in the metal to accelerate corrosion, known as crevice corrosion. Crevice corrosion is a localized corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidizing substances within the crevice, so that it becomes anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. In general, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, pH value decreases; ③ activation and dissolution of the passivation film until it is completely destroyed. It is found that in 37℃ Hanks' solution, the crevice corrosion degree of the material in descending order: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti; Ti a Ti6AI4V majú v Hanksovom riešení silnú odolnosť proti štrbinovej korózii.
2.3 Korózia opotrebovania
Korózia opotrebovaním je zrýchlená korózia kovových povrchov spôsobená vysokou rýchlosťou relatívneho pohybu kovu v kontakte s médiom. Pri vkladaní titánových implantátov dochádza k určitému stupňu abrázie operačného nástroja, ktorý ničí oxidový film prítomný na povrchu. Ak tento oxidový film nie je včas opravený, implantovaný kov bude ďalej korodovať alebo dokonca zlyhať.
Záver
Biomedicínske materiály sú dôležitým materiálovým základom pre rýchly rozvoj modernej klinickej medicíny, sú hlavnou témou materiálového výskumu v 21. storočí. Titán ako nový typ materiálov odolných voči korózii zaznamenal veľký pokrok vďaka svojej lepšej biokompatibilite a odolnosti proti korózii v oblasti biomedicíny. Pri aplikácii titánu v ľudskom prostredí je však ešte potrebné vyriešiť množstvo problémov. Preto sú potrebné hĺbkové štúdie rôznych aspektov vlastností titánu, aby sa navrhol a inicioval rýchlejší vývoj biomedicínskych materiálov.
