医用金属材料讲稿

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3.1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。
第2章 医用金属材料
医用金属材料概述
医用金属材料的特性与要求
目
常用医用金属材料
录
医用金属材料的腐蚀
金属与合金表面涂层处理
医用金属材料的研究进展
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。
• 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。
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， 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
295
35
－
690
12
－
• 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。
• 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。
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。
•
最早用于植入材ห้องสมุดไป่ตู้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
• 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。
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。 00Cr18Ni10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。
3 常用医用金属材料
（一） 不锈钢 （1）分类、组成和性能
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
•
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。
•
奥氏体不锈钢是在铁-铬系统中再加入8%以上的镍形
（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。
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。
口腔、骨板、骨钉、人工髋关节
表2 几种主要的钴基合金的组成、性能和组织
较低
•
Co-Ni-Cr-Mo合金是一种最有名的钴基合金，
它大约含有Ni35%(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
• 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。
（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。 • 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，
• 表3.1 316和316L不锈钢材料的力学性能
材料 状态 退火态
316 冷精轧 冷加工 退火态
316L 冷精轧 冷加工
抗拉强度 /MPa 515 620 860 505 605 860
屈服强度/MPa 205
延伸率/% 40
洛氏硬度 /HRB
95
310
35
－
690
12
300～350
195
40
95
•
接影响到植入器件的寿命）
• 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。
• 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
不锈钢骨固定螺钉和骨固定板
器械包
（二）钴基合金
含有较高的铬和钼，又称钴铬钼合金，钴基合金人体 内一般保持钝化状态，与不锈钢比较，钴基合金钝化膜 更稳定，耐蚀性更好（比不锈钢高40倍）；在所有医用 金属材料中，其耐磨性最好；植入体内不会产生明显的 组织反应，适合于制造体内承载苛刻的长期植入件。
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。