医用钛合金腐蚀_力学相容性和生物相容性研究现状_图文(精)
钛合金在骨科植入领域的研究进展
钛合金在骨科植入领域的研究进展钛合金因其具有良好的生物相容性和机械性能，已成为骨科植入物领域的首选材料之一。
骨科植入物是一种用于支撑和修复骨骼系统的医疗设备，对于治疗骨折、关节病变等疾病具有重要意义。
本文将综述钛合金在骨科植入领域的研究进展，包括文献综述、研究现状、研究方法、成果与不足以及未来展望等方面。
在骨科植入领域，钛合金的应用已经有了大量的研究。
早期的研究主要集中在钛合金的生物相容性、耐腐蚀性和机械性能等方面。
随着材料科学的不断发展，人们对钛合金表面改性、微观结构等方面的研究也越来越深入。
研究人员还针对钛合金在骨科植入物中的应用开展了大量临床试验，为钛合金在骨科植入领域的广泛应用提供了依据。
目前，钛合金在骨科植入领域的应用已经非常广泛。
钛合金植入物的设计、制造和表面处理等方面得到了不断改进，使得其生物相容性、机械性能和耐腐蚀性等得到了显著提高。
随着3D打印技术的不断发展，钛合金在定制化植入物方面的应用也越来越受到。
然而，钛合金植入物也存在一些问题，如应力遮挡效应、植入物松动等，这些问题需要进一步研究和解决。
在钛合金在骨科植入领域的研究中，研究人员采用了多种方法，包括实验设计、动物试验、临床试验等。
实验设计主要涉及材料的选取、加工工艺的确定、表面处理方法的优化等方面。
动物试验主要用于评价钛合金植入物的生物相容性和耐腐蚀性等。
临床试验则主要考察钛合金植入物在治疗人类骨科疾病中的疗效和安全性。
通过大量的研究，我们已经取得了许多关于钛合金在骨科植入领域的成果。
钛合金的生物相容性得到了显著提高，这得益于表面改性技术的发展。
通过优化加工工艺和改进植入物设计，钛合金植入物的机械性能和耐腐蚀性得到了提升。
3D打印技术的应用为定制化植入物的发展提供了新的途径。
然而，尽管取得了一定的成果，但仍存在一些问题和不足。
应力遮挡效应是钛合金植入物中一个普遍存在的问题，可能导致骨骼强度下降。
植入物松动是另一个需要的问题，这可能与植入物的固定方式以及患者活动量增加有关。
钛合金表面处理及其生物相容性研究
钛合金表面处理及其生物相容性研究一、钛合金概述钛合金是目前工业上广泛使用的高强度、低密度金属材料，其具有良好的机械性能和化学稳定性。
因此，钛合金在医学和生物领域应用广泛，如人工关节、牙科修复、心脏支架和植入医疗器械等。
但是，与生物体组织的界面接触时，钛合金往往会引发一系列的生物相容性问题。
二、钛合金表面处理钛合金的表面和组织接触时，其生物相容性会受到很大影响。
因此，在制造钛合金植入器材的过程中需要对钛合金表面进行处理以改善其生物相容性。
目前，常用的钛合金表面处理方法主要包括以下几种：1.氧化处理氧化处理是将钛合金表面暴露在氧化性环境中，使其表面形成氧化膜。
该氧化膜可以增加钛合金表面的稳定性和抗腐蚀性，进而增强其生物相容性。
但是，氧化处理后得到的氧化膜厚度不易控制，且容易发生龟裂。
2.电化学处理电化学处理是将钛合金表面浸泡在电解液中，通过控制电位、电流密度和电解液成分等条件，改变钛合金表面的化学成分和形态，增加其生物相容性。
该方法造价相对较低，但对电解液成分和操作条件有一定要求。
3.离子注入离子注入是通过注入氟离子、氮离子等杂质元素，改变钛合金表面的性质。
该方法可以提高钛合金表面的硬度和耐磨性，减少磨损异物对生物体的影响。
但是，离子注入会改变钛合金的晶体结构和化学成分，从而影响其生物相容性。
三、钛合金生物相容性研究钛合金作为一种重要的医用材料，在使用过程中其生物相容性问题备受关注。
近年来，针对钛合金表面处理和生物相容性方面进行了大量研究。
以下为具体研究内容：1.表面处理对生物相容性影响的研究研究表明，不同的表面处理方法对钛合金的生物相容性具有显著影响。
如氧化处理可以改善钛合金表面的抗腐蚀性和稳定性，提高其生物相容性；离子注入可以提高钛合金表面的硬度和耐磨性，但也会对生物相容性造成微小影响。
2.钛合金和人体组织的界面研究钛合金和人体组织的界面接触是关键问题之一。
研究表明，钛合金表面处理可以改变其和人体组织的接触状况，提高钛合金的生物相容性。
生物医用钛合金应用研究进展与产业现状
ｐ型 （ 如Ｔｉ ６ 一 Ｖ） 一 Ａｌ ４ 、ｐ型 （１ － ￣ Ｔｉ １ ２ Ｎｂ Ｔｂ ． Ｚ ） ９ －１ ３ －４ ６ ｒ 以及 具有 独 特 的形 状 记 忆 效 应 的钛 基 形 状 记 忆 合 金， 可用பைடு நூலகம் 制造植人 人体的 医疗器械 、 假体及 辅助治疗设备 ， 体 内接骨 板 、 如
钛及 钛合 金 主要包 括 纯 钛 、 Ｌ ｏ＋
由于 在耐腐 蚀性 能和 加工方面 的劣 势 而在 整个 医用 材料产 业 中的比例 逐年 下降 ， ０ 前 的４ ％降 低为 目前 的 由２ 年 ５
３ ％。 ０ 即便 如此 ， 生物 医用 金属材料依
体进行诊断 、 治疗 、 修复或替 换其病损 组织 、 官或 增进 其功 能 的金属 或合 器 金…， 主要 用 于 骨和 牙 等硬 组 织 的修 复和替 换 、 心血 管 和软 组织修 复 以及 人工器 官 的制造 。 随着 生物 技术 的蓬 勃发展 和重 大突 破 ， 物 医用 金 属材 生 料及其制品产业 将发展成 为本世 纪世
骨 螺钉 、 牙种植 体 及介人 支架 等 。
目前人 口老 龄化 已成 为世界 范围 的社 会问题 ， 同时 中、 青年创伤 高速增
加 ， 病和意外 伤害剧增 ， 疾 特别 是随着
属材料 主要有不锈钢 、 钴基 合金 、 钛及 钛 合金 （ 钛基 形状记 忆 合金 ）贵 金 含 、 属、 金属 （ 、 、 ） 纯 钽 铌 锆 五大 类。 不锈钢 虽然价格 低廉 ， 易于加工 ， 但耐 蚀性 和 生 物相容 性不 如钛 合金 ； 铬 合金 的 钴 耐磨性 比钛合金好 ， 但密度较 大 ； 金 贵 属 、 金属（ 、 、 则 价格 昂贵 ； 纯 钽 铌 锆） 钛 及 钛合金 由于 具有 比强度 高 、 物 相 生 容性好 、 弹性模量 接近于 自然骨 、 蚀 耐 性好 等特 点 ， 日益受到 重视 ， 正 钛合 金
钛合金在生物医学方面的应用
作为生物医用材料的钛及其合金必须满足
1.生物力学相容性：主要包括硬度、屈服强度、弹性模量和延伸性。如 果植入物由于强度不高或者植入物与人体骨之间的机械性能不匹配而 发生断裂失效，这就是生物不相容性。通常期望骨修复植入物的弹性 模量与人体骨的弹性模量接近，人体骨的弹性模量在4~30GPa之间。 2.生物相容性：作为植入物的材料应该对人体无毒性、在体内不会引起 任何炎症和过敏反应植入物在人体植入成功主要取决于材料与人体的 反应，这也能衡量材料的生物相容性。 3.耐腐蚀和耐磨性能：在体液环境中，植入材料的有效使用时间取决于 磨损性，耐磨性能差会引起植入物松动并且产生磨损碎屑，在沉积的 组织中引起反应。 4.骨结合性：植入材料表面由于微运动与人体骨和其它组织不能很好地 结合，就会导致植入物在体内松动。植入物表面化学表面粗糙度和表 面性毛豆对骨结合起着主要作用。
钛合金在生物医学方面的应 用
钛于1791年由格雷格尔于英国康沃尔郡发现，并用希腊神话的泰坦 为其命名。在地壳中，钛的储量仅次于铁、铝、镁居于第四位，它 储量非常的丰富 。钛的正真利用在20世纪五十年代，美国研制成功 的Ti-6Al-4V合金。 钛的性能： 由于钛具有熔点高、强度大、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数 低、高低温度耐受性好等优越性能，尤其是钛料。 定义：钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。 种类：α合金,(α+β)合金和β合金。中国分别以TA、TC、TB表示。 钛合金的缺点 钛合金主要限制是在高温与其它材料的化学反应性差，这容易造成 模具的损坏，这就使钛合金的价格变得十分昂贵。这是钛合金无法 发扬光大的最大致命伤。
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目前，钛及其合金主要用于航天航空和军事工业上。据统计，钛在航空航天 的应用约占钛总量的7左右。钛主要应用与军用飞机、民用飞机、航空发动机、 航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼等 船舶行业 钛合金在海洋条件下有着及其优良的耐腐蚀性能、高比强度、无磁等特点因 而广泛应用于船舶行业。目前，钛在船舶上已经应用的部件有：耐压壳体、 螺旋桨和桨轴、通海管道、阀门及附件、热交换器声学装置零件部件。 体育器械 在体育行业的应用正在兴起。目前主要应用于钛铸造的高尔夫球杆头，具有 重量轻、强度大与不锈钢相比可以制作打击面与容积更大的球头，因而打得 准，打得远。 化工和能源 化工、冶金、造纸、制碱、石油和农药工业是使用钛合金较早的行业主要用 于耐腐浆泵、阀门、叶轮、阳极液槽、加热器、蒸发器等部件。 其它行业， 在建筑业中，钛的应用越来越广，主要应用与许多重污染的地方、 都市和海滨地区的腐蚀问题得到很好的解决。比如日本建造的世界首例钛屋 顶加利福利亚的塞里托斯千年图书馆的屋顶。 农业和畜牧业、食品业和制药业中、核工业中、日常消费品中，钛用于制造 手表壳、照相机外壳、野营用具、录放机、拐杖、剪子、剃须刀等等。日本 星野乐器公司使用钛制作了鼓，，市场上出现了9克钛制的眼镜架。
骨科手术中钛合金材料的生物相容性研究
骨科手术中钛合金材料的生物相容性研究下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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钛合金在生物医用领域的应用优势
钛合金在生物医用领域的应用优势雷霆;李红梅【摘要】The performance advantages and application status of titanium alloys in biomedical fields were introduced. The biomedical metallic materials have four basic properties including mechanical properties, biocompatibility, corrosion and wear resistance, and osseointegration. Because of the advantages of titanium alloys such as lower elastic modulus, excellent corrosion resistance and enhanced biocompatibility, it becomes the best choice for biomedical metallic materials.%介绍了钛合金在生物医用领域的性能优势及应用现状.生物医用金属材料必备的四个基本性能,机械性能、生物相容性、耐腐蚀和耐磨性和骨结合性.钛合金具有较低的弹性模量、耐腐蚀、生物相容性优异等特点成为医用金属材料的首选.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】5页(P58-61,64)【关键词】生物医用材料;钛合金;生物相容性【作者】雷霆;李红梅【作者单位】昆明冶金高等专科学校,云南昆明650033;昆明理工大学冶金与能源工程学院,云南昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG139生物医用金属材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的金属或合金，主要用于骨和牙等硬组织的修复和替换、心血管和软组织修复以及人工器官的制造［1］。
钛合金生物相容性及力学性能研究报告
钛合金生物相容性及力学性能研究报告研究报告摘要：本研究报告旨在探讨钛合金在生物医学领域中的生物相容性及力学性能。
通过对钛合金的组织结构、化学成分以及相关实验数据的分析，我们得出了以下结论：钛合金具有良好的生物相容性，可用于骨骼修复、牙科植入物等医疗领域。
同时，钛合金具有出色的力学性能，具备足够的强度和韧性，能够满足人体内各种力学要求。
1. 引言钛合金由于其优异的生物相容性和力学性能，在医疗领域得到了广泛应用。
然而，钛合金的生物相容性和力学性能仍需进一步研究和探索。
2. 钛合金的组织结构钛合金的组织结构主要包括α相和β相。
α相为六方最密堆积结构，具有良好的韧性和可塑性；β相为体心立方结构，具有较高的强度和硬度。
钛合金的组织结构对其生物相容性和力学性能有着重要影响。
3. 钛合金的化学成分钛合金的化学成分主要包括纯钛、铝、铁、锡等元素。
不同化学成分的比例和含量将直接影响钛合金的生物相容性和力学性能。
例如，适量的铝元素可以提高钛合金的强度和硬度，但过高的含量可能导致生物不相容性。
4. 钛合金的生物相容性钛合金具有良好的生物相容性，主要体现在以下几个方面：4.1. 生物相容性测试：通过体外和体内实验，钛合金表现出良好的生物相容性，不会引起明显的炎症反应和免疫排斥。
4.2. 组织相容性：钛合金与骨骼和牙齿组织有良好的结合性，可以促进骨骼修复和牙科植入物的固定。
4.3. 生物活性：钛合金表面具有良好的生物活性，有利于骨细胞的生长和附着。
5. 钛合金的力学性能钛合金具有出色的力学性能，主要体现在以下几个方面：5.1. 强度：钛合金具有较高的抗拉强度和屈服强度，能够承受较大的力学载荷。
5.2. 韧性：钛合金具有良好的韧性，能够在承受外力时发生塑性变形而不易断裂。
5.3. 疲劳性能：钛合金具有优异的疲劳性能，能够在长时间循环加载下保持稳定的力学性能。
6. 结论综上所述，钛合金具有良好的生物相容性和出色的力学性能，适用于骨骼修复、牙科植入物等医疗领域。
钛合金生物相容性的研究进展
钛合金生物相容性的研究进展钛合金是一种常用的材料，在医疗器械和人工骨骼等领域得到了广泛的应用。
然而，钛合金可塑性强、生物相容性好等特点，却没有被完全解开其神秘面纱。
今天我们就来探讨一下钛合金生物相容性的研究进展。
一、钛合金在人工骨骼领域中的应用人工骨骼的替代品主要包括金属、陶瓷、塑料等材料。
钛合金几乎成为了这种替代品的比较主要的材料，因为钛合金本身力学性能极为优越，较大程度上可以模拟人体骨骼的生物力学性能。
同时，在与骨骼相接触的表面上具有良好的生物相容性。
虽然钛合金作为人工骨骼的替代品已经被广泛应用于临床领域，但是其材料主要由钛、铝等成分组成，无法恰当的仿真人骨。
在众多研究中发现，当接近应力、接口应变时，较弱的机械性能会导致钛合金生物相容性出现问题。
因此钛合金在医疗领域的应用还有很大的拓展空间。
二、改善钛合金表面粗糙度可以提高其生物相容性在钛合金上生长组织海绵是一种常见的技术，这种技术是通过水热法在钛合金表面生长出微小孔洞，然后在孔洞中生长出组织形态类似于骨骼组织的三维网状结构。
这种三维多孔结构可以有效的增加钛合金接口的面积，做到更加长时间的连接，也可以提高钛合金的生物相容性。
通过淬火等材料表面处理的方法，可以极大的提高钛合金的力学性能，也可以改善钛合金的生物相容性。
三、钛合金复合材料可以拓展钛合金应用范围随着科技的发展和人们生活质量的提升，提高钛合金的生物相容性、力学性能、生物学行为和抗腐蚀能力已经成为了钛合金研究的热点。
复合材料作为一种新兴的研究领域，也不断地走近工业界的小伙伴。
复合材料通过结合不同材料的优点，使钛合金更适用于广泛的领域，比如生物医用类、航空航天领域、汽车、船舶和石油开采等领域。
与此同时，相比单一材料的缺点，复合材料的合成过程更复杂，价格也相对昂贵，所以尽管如此，钛合金复合材料仍具有极高的应用前景。
四、结语总而言之，钛合金生物相容性的研究已经出现了一些显著的进展，但是，目前来看，钛合金依然面临很大的问题。
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第 25卷第 2期 V ol.25 No.2 2008年 4月 April 2008收稿日期:2007-09-23基金项目:国家自然科学基金资助项目(50571017 作者简介:王明 (1982- , 男, 硕士, 主要从事新型医用钛合金的研发工作。
通讯联系人:宋西平, E-mail:xpsong@。
医用钛合金腐蚀、力学相容性和生物相容性研究现状王明,宋西平(北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京 100083摘要:医用钛合金日益受到重视,被应用于牙齿、骨骼等领域。
但对医用钛合金总体性能的评价以及生物相容性概念的定义等问题目前观点不一,研究方向也各不相同,且多数研究仅仅涉及腐蚀、力学相容性和生物相容性等某一方面,缺乏综合考虑。
本文从腐蚀、力学相容性和生物相容性 3个方面总结了医用钛合金的研究现状,并指出了研究过程存在的问题和以后的发展方向。
关键词:医用钛合金;腐蚀;力学相容性;生物相容性1 前言金属材料是人类最早使用的生物医用材料之一,甚至可以追溯到公元前 400~公元前 300年, 腓尼基人用金属丝修复牙缺损 [1]。
1546年纯金薄片被用于修复缺损颅骨, 1775年 Icart 等报道了用铁丝固定断骨, 1829年 Levert 等进行动物体内植入试验,检验了多种金属材料与人体组织的相容性,得出铂丝对组织的刺激性最小的结论。
后来也有许多关于金属材料在医学上应用的例子,然而直到 19世纪末, 人们才开始对金属医用材料进行系统研究。
1926年,不锈钢(18Cr-18Ni 用于外科,替代了较易腐蚀的钢。
1943年,美国又推荐 302型不锈钢用于骨折固定。
1950年,将不锈钢含碳量最大限度的降低至 0.08%~0.03%, 从而研制出具有较好耐蚀性的 316L 不锈钢。
由于医用不锈钢的生物相容性较差,后来又开发了钴基合金,主要用来制造人工关节。
其生物相容性有较大提高,但合金中 Co 、 Ni 等离子的溶出,也会引起过敏和毒性反应,造成组织坏死和植入物的松动。
紧随其后,随着钛及钛合金在飞机上的成功应用,它们也逐渐进入到医学领域。
1940年,研究人员就曾对纯金属钛进行了动物试验研究。
到 20世纪 70年代, Ti-6Al-4V 即作为外科修复材料广泛应用于临床。
由于钒具有生物毒性, 20世纪 70至 80年代,欧洲开发了无钒的医用钛合金。
进入 20世纪 90年代中期,生物相容性更好、弹性模量更接近人骨的各种β型钛合金被相继开发出来。
钛及钛合金具有良好的耐蚀性、力学性能和生物相容性,成为最具发展前景的医用金属材料 [2,3]。
但是,医用钛合金的生物相容性长期以来没有形成综合的、标准的评价体系,研究目标针对性不强, 影响了医用钛合金材料的研发和应用。
鉴于此, 本文总结近年来医用钛合金的研究现状,从腐蚀、力学相容性和生物相容性 3个方面展开描述,并指出存在的问题和研究方向。
2 腐蚀金属材料的主要缺点是腐蚀问题。
医用金属材料植入体内后长期浸泡在含有有机酸、碱金属或碱土金属离子(Na +、 K +、 Ca 2+、 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,其环境非常复杂,会对金属材料产生腐蚀,腐蚀产物可能是离子、氧化物、氯化物等, 它们与临近的组织接触,甚至渗入正常组织或整个生物体系中,对正常组织产生影响或刺激。
金属材料在人体内生理环境中发生的腐蚀主要有 8种类型 [4]:均匀腐蚀、点腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、磨蚀、疲劳腐蚀和应力腐蚀。
均匀腐蚀属于一般性腐蚀,是在化学或电化学作用14 25卷下发生在暴露表面上或大部分暴露表面上的腐蚀。
其它都属于局部腐蚀,它们是由于成分的不纯(点腐蚀、组织的不均匀(晶间腐蚀、材料的混用 (电偶腐蚀、结合处磨损(缝隙腐蚀、应力集中(应力腐蚀、疲劳性断裂(疲劳腐蚀等因素引起的。
纯钛和 Ti-6Al-4V 是较先使用的医用钛合金, 对其腐蚀行为的研究比较深入。
对不锈钢、钴基合金及纯钛进行耐蚀性研究发现,纯钛由于生成致密稳定的氧化膜,其耐蚀性是最好的。
但它的耐磨性差 , 因此必须进行表面强化处理或表面涂覆。
Ti-6Al-4V 虽然力学性能优于纯钛, 其中 Al 和 V 却具有潜在毒性,因此将来的应用将受到限制。
目前对于 Ti-6Al-4V 的研究主要集中在 Al 和 V 的替代以及耐蚀性的影响因素上。
Choubey A等人 [5]发现用 Nb 和 Fe 取代 V 后,合金的腐蚀性能并未受到显著影响。
由于 Fe 的毒性较小,而 Nb 无毒,这对临床应用是有益的。
Her-Hsiung Huang[6]的研究发现, 氟化物会降低 Ti-6Al-4V 的耐蚀性,而蛋白质的加入会使腐蚀速率降低。
由此可以推断在人体内,合金的腐蚀会更慢,但是要注意氟离子的影响。
Robert Wen-Wei Hsu等人 [7]比较 Ti-6Al-4V 在尿液、血清、关节腔液和磷酸盐缓冲液中的腐蚀速率,发现磷酸盐缓冲液中腐蚀最快,而关节腔液中最慢,说明此合金用作人工关节更合适。
Y F Zheng等人 [8]研究了 Ti-Nb-Sn 合金体温条件下在 0.9%生理盐水和Hank’s 溶液中的腐蚀行为, 分析了不同 pH 值下的开路电位(OCP 、 Tafel 曲线和阳极极化曲线, 并用 XPS 分析了合金钝化膜的成分。
结果表明 Ti-Nb-Sn 合金具有良好的耐蚀性。
在Hank’s 溶液中形成的钝化膜主要成分是 TiO 2、 Nb 2O 5和 SnO 2。
Asahi Kawashima等人 [9]也用 XPS 分析了 Ti-18Nb-4Sn 腐蚀后钝化膜的成分和结构, 发现钝化膜富含 Nb 而缺少 Ti , 原因是 Ti 的优先溶解。
由于 Nb 元素的加入,使得合金的开路电位在溶液中迅速升高,耐蚀性增强。
Zhou Y L等人 [10]测量了Ti-Ta 系合金在 5%盐酸溶液中的阳极极化曲线,分析腐蚀后的表面结构。
研究发现, Ta 比 Ti 表现出更好的耐蚀性,因此随 Ta 含量的增加,合金的腐蚀电流下降而击穿电位上升。
钛合金优良的耐蚀性得益于它们在各种腐蚀性介质中迅速生成的稳定、连续、高吸附、自愈合的保护性氧化膜。
由于 Ta 2O 5比 TiO 2稳定性和强度更高,所以即使在Ti-30%Ta表面氧化膜里的 Ta 含量会比基体高,膜成分以 Ta 2O 5为主。
M Karthega等人 [11]分析了 Ti-15Mo(TiMo和 Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ两种β钛合金的电化学行为。
在生理条件下使用开路电位法、动电位极化法和电化学阻抗光谱法。
电化学阻抗光谱表明随外加电位的升高,钝化膜的耐蚀性提高。
由于钛合金在特殊条件下有生成双分子层结构氧化膜的能力[12],对比 TiMo 合金的单层钝化膜, TNTZ 的钝化膜有两层,低电位下生成耐腐蚀的内层;当外加电位升高后,新的多孔层开始生长,这种多孔结构有利于骨骼在上面生长。
为评价 Ti-12Mo-5Ta 的电化学行为, Gordin D M 等人 [13]测试了一系列的指标,发现点蚀没有发生,因此合金的钝化膜十分稳定,不受化学成分的影响。
事实上,在中性或接近中性的生理介质中, 钛合金的腐蚀速率比想象的要低得多。
当合金用作人工关节时,磨蚀是必须考虑的,它主要取决于合金固有的力学性质。
和 Ti-6Al-4V 比较 , Ti- 12Mo-5Ta 存在与之相似的电化学指标,但拥有比较低的弹性模量, Ti-12Mo-5Ta 更适合用作人工骨。
NiTi 合金被广泛应用于制造义齿、充填体、种植体、矫形丝及各种辅助治疗器件。
镍是脊椎类动物不可缺少的微量元素,但浓度高时会对细胞产生毒性和潜在的致癌性。
P Rocher等人 [14]先后研究了 NiTi 形状记忆合金的腐蚀性能, 分别采用人工唾液、培养基补充 10%牛胎儿血清(RPMI 、 RPMI 加人类淋巴细胞线(CEM 。
发现 hp-Ti 的耐蚀性并不好, 而 NiTi 、 Ti-6Al-4V 和 cp-Ti 由于生成稳定的钝化膜具有良好的耐蚀性。
由于奥氏体-马氏体相变属于无扩散型相变, 所以淬火不会引起合金的化学不均匀性,进而导致 NiTi 合金发生局部腐蚀 , 释放镍离子。
Shabalovskaya [15]认为, NiTi 合金的腐蚀取决于表面膜是否产生裂纹。
由 NiTi 合金制备的矫形丝不仅要承受应力,而且要暴露于牙膏或牙科用凝胶。
多项研究表明,牙膏和牙科用凝胶中含有的氟离子对 NiTi 合金镍离子溶解有显著的增强作用。
M Cioffi等人 [16]认为, NiTi 合金在生理环境中会生成双层氧化膜,其中外层主要为 TiO 2,具有优良的耐蚀性; 而氟离子会阻止这种双层氧化膜结构的形成。
因此当使用 NiTi 合金牙齿矫形器时, 应避免使用含氟的牙膏。
第 2期王明等:医用钛合金腐蚀、力学相容性和生物相容性研究现状 15由于钛具有自钝化性质, 形成致密的 TiO 2氧化膜,从而阻止了金属的进一步氧化, Han-Jun Oh等人 [17]采用电化学方法研究酸性溶液中形成的 TiO 2氧化膜的结构和生物相容性。
在 H 2SO 4、 H 3PO 4和H 2O 2组成的混合溶液中,随外加电位的升高, TiO 2膜会逐渐形成规则的多孔结构,这会有利于骨骼在上面生长。
同时发现磷酸根离子会向氧化膜扩散,而硫酸根的扩散现象不明显, 表明 TiO 2膜具有良好的生物相容性。
医用钛合金的腐蚀性研究国内外进行得比较广泛,对耐蚀性和腐蚀的影响因素进行了深入研究, 取得了比较广泛的成果。
这些研究中,大多数采用电化学腐蚀, 分析极化曲线和腐蚀后表面形貌组织。
由于使用了高电位电流和匀速扫描过程,与人体内生物电差距比较大, 而且没有考虑力学因素的作用, 因此只能作为合金耐蚀性研究的初步结果。
由于钝化膜是在高电位下形成的,其在人体内的形成和生长还有待进一步研究。
3 力学相容性弹性模量是医用金属材料的重要物理性质之一,其值过高或过低都会呈现力学不相容性。
如果金属生物医用材料的弹性模量过高, 在应力作用下, 承受应力骨骼将产生较大应变,在金属与骨的接触界面处出现相对位移,从而造成界面处松动,影响植入件的性能,或者造成应力屏蔽,引起骨组织的功能退化或吸收;医用金属材料的弹性模量过低, 则在应力作用下会产生较大的变形,起不到固定和支撑的作用。
因此,一般希望医用金属材料的弹性模量要稍高于人骨的弹性模量。
目前临床上使用的金属生物医用材料大多是不锈钢、 Co 基合金和钛合金。
这里比较了皮质骨、α+β型 Ti-6Al-4V 、β型 Ti-13Nb-13Zr 、 316L 不锈钢和 Co-Cr-Mo 合金的杨氏模量 [18],如图 1。