第三章医用金属材料

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3.2 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
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。
• (2)优良的机械性能:
•
强度与弹性模量（与生物体匹配）
•
耐磨性
（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）
• 铁基耐蚀合金（一般由铁、铬、镍、钼、锰、硅组成 ），易加工、价格低廉 。
• 一般不锈钢制成多种形体，如针、钉、髓内针、齿冠
、三棱钉等器件和人工假体而用于临床，不锈钢还用
于制作各种医疗仪器和手术器械。
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• 表3.1 316和316L不锈钢材料的力学性能
材料 状态 退火态
抗拉强度 /MPa
515
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.。 11
表1 几种主要的不锈钢的组成、性能和组织 ◆
◆
铁素体和马氏体不锈钢的耐蚀性随含碳量的降低和含铬 量的增加而提高。
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3Cr13和 4Crl3型马氏体不锈钢用于医疗器械，如 刀、剪、止血钳、针头等。
• 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或 合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰 性材料。
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3.1 医用金属材料概述
• 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较 高的强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替 换、心血管和软组织修复以及人工器官制造的主要材 料。
• 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的要求， 仅有小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使 用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合 金三大类，另外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽 、铌和锆等。
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。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢4Biblioteka 加工处理•抗疲劳性能
• (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。 6
• 常用医用金属材料
–不锈钢 –钴（Co）基合金 –钛（Ti）基合金 –形状记忆合金 –贵金属 –纯金属钽 –纯金属铌 –纯金属铬
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢 1）分类与概念
•
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。
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3.3.1 不锈钢
1）分类与概念 • 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 • 不锈钢的耐蚀性和屈服强度可以通过冷加工而提高， 避免疲劳断裂。
Cr18Ni10型奥氏体不锈钢可制作各种人工关节和骨 折内固定器；在口腔科常用于镶牙、矫形和牙根种植等 器件的制作。
不锈钢骨固定螺钉和骨固定板 13
器械包 14
3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢 2)生物相容性 • 腐蚀作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。
3.3.2 Co基合金 1）分类与概念
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。
按显微组织的特点可分为: 奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢等
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢
1）分类与概念
• 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。
• 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。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢
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
钝化层，在包装和杀菌前需要再清洗一次。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.2 Co基合金 1）分类与概念
概念：含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，具有极为优异的 耐腐蚀性（比不锈钢高40倍）和耐磨性，综合力学性 能和生物相容性良好，可通过精密铸造成形状复杂的 精密修复体，有硬、中、软三种类型。
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3.3 常用医用金属材料
热处理原则：不应导致合金在晶界形成Cr4析出，通常热处理 会引起成分的变化，这个问题可通过控制加热 的均匀性以及合理的热处理工艺加以解决。
在热处理过程中不希望出现的结果就是在表面形
成氧化层，这必须通过化学、酸蚀或机械喷砂的方法
去除。去除氧化层后，部件表面被磨光成镜面或无光
泽的端面，然后清洗，去掉油污，在硝酸中形成表面
屈服强度/MPa 延伸率/%
205
40
洛氏硬度 /HRB
95
316 冷精轧
620
310
35
－
冷加工
860
690
12
300～350
退火态
505
195
40
95
316L 冷精轧
605
295
35
－
冷加工
860
690
12
－
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。
大家好
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第三章 医用金属材料
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1
医用金属材料概述
2 医用金属材料的特性与要求
目3 录
4
常用医用金属材料 医用金属材料的腐蚀
5 金属与合金表面涂层处理
6 医用金属材料的研究进展
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3.1 医用金属材料概述
• 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有 数百年的历史。唐代就用银汞合金（主要成份 ：汞、银、铜、锡、锌）来补牙。