第四章医用金属材料

+ 5.5 + 5 0.75W 镍当量[] = 0.5 + 30250.3 铬当量和镍当量的综合作用结果决定不锈钢的组 织 →组织状态图。
图 不锈钢组织状态图（焊后冷却）
⑴ M不锈钢： 1213、2013、3013、4013 （13~43）等3型， 72、918等
⑵ F不锈钢：如0611、1017、 00827等
奥氏体不锈钢特点如下：
① 具有很高的耐腐蚀性； ② 塑性好，容易加工变形成各种形状钢材； ③ 加热时没有同素异构转变，焊接性好； ④ 韧度和低温韧度好，一般情况下没有冷脆 倾向，有一定的热强性； ⑤ 不具有磁性； ⑥ 价格较贵，切削加工较困难，导热性差。
1） 奥氏体不锈钢的成分和组织特点
奥氏体不锈钢的主要成分是和，18和8 的配合是世界各国奥氏体不锈钢的典型成分。
障，降低金属的腐蚀 • 钝化的作用：使金属在一定条件下，阳极反应受阻，从而提高耐蚀性 • 常用的钝化元素：，，，(， )
2） 合金元素对电极电位的影响
一般讲，金属固溶体的电极电位比化合物低，所以在腐蚀过程中，金 属固溶体作为阳极被优先腐蚀。
1）提高基体的电极电位可提高耐蚀性 2） 对基体的电极电位影响的8规律（ 定律）
（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）
3 常用医用金属材料
3.1 不锈钢 3.2 钴基合金 3.3 钛合金 3.4 其它合金
3.1 生物医用不锈钢 3.1.1 不锈钢 基础知识
➢ 金属腐蚀类型 ➢ 1）、均匀腐蚀（ ） ➢ 腐蚀均匀地在材料的表面产生，损坏大量的 ➢ 材料。容易发现，危害性不是很大。 ➢ 2）、点腐蚀（ ） ➢ 腐蚀集中在材料表面不大的区域，向深处发展，最后甚至能穿透金属。
钛和铌能形成稳定碳化物，固定C，使固溶于基 体，从而防止晶界腐蚀 ;
钼能↑不锈钢钝化能力，扩大钝化介质范围， 提高耐蚀性
金属的 耐蚀性
➢
腐蚀介质对钢耐蚀性的影响
及介质的种类、浓度、 温度和压力等环境条件有 密切的关系
必须根据工作介质的特点来正确 选择使用不锈耐蚀钢钢种。
1.在大气、水、水蒸气等弱腐蚀介质。 → >13％
2.氧化性介质，如硝酸。该介质含氧量较高， 容易在钢表面形成钝化膜。
>17％， 越高越好； 3.非氧化性酸，如稀硫酸、 。
介质含氧量低，钝化膜不易形成。 在>17％基础 + 、； 4.强有机酸，在型不锈钢基础上，加入、； 5.含有离子的介质，如海水很小，有很大腐蚀性。
➢ 奥氏体不锈钢
• 不锈钢中用量最大的一种，约占不锈钢的2/3 • 优点：较好的耐蚀性，冷加工成型性，可焊性 • 缺点：强度低，不能淬火强化，易受晶间腐蚀，应力腐蚀 • 分类（按化学成分分）：－，－－N，－－－N
不锈钢中主要合金元素的作用 1）、 铬元素的作用
是决定钢 耐蚀性的主 要元素
↑固溶体电极电位 表面形成致密氧化膜
碳的作用 C：C↑，强度↑；↓冷变形性、焊接性、耐 蚀性；综合因素 →碳量应尽可能地低
的作用
是奥氏体形成元素，能形成单相奥氏体； 能适当提高固溶体电极电位，提高耐蚀性；
其它元素的影响
基固溶体的电极电位随含量达到原子比的1/8,2/8,3/8…8时，的电极电 位会发生跳跃式升高，腐蚀显著减弱的现象。
3） 合金元素对不锈钢基体组织的影响
不锈钢的基体组织是获得所需力学性能和良好耐蚀性的保证，使钢在室温下得到单相组织（A，F），就可 以减少微电池的数量，提高耐蚀性。 合金元素影响： 1) 一类是扩大奥氏体形成元素：C，N，， 等 2) 一类是F形成元素：，，，，等
2 医用金属材料的要求
• (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，
• (2)优良的机械性能:
•
强度及弹性模量（与生物体匹配）
•
耐磨性
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。
• (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。
不
锈
钢
分 类
⑶ A不锈钢：具有单相A组织，如 061910、061811、
12895N等
⑷ 复相不锈钢：如12215
⑸ 沉淀硬化不锈钢
➢影响不锈钢组织和性能的因素
1）.合金元素对不锈钢组织和性能的影响 （一）合金元素对钝化的影响 • 钝化：某些金属在特定的环境下表面失去金属活性，呈现及惰性金属相似的特性 • 钝化机制：金属表面与周围介质生产一层极薄的氧化膜（钝化膜），作为金属与介质之间的一个屏
图 各种腐蚀类型
➢ 提高钢耐腐蚀性能的途径主要有：
（1）形成稳定保护膜，→、、有效。 （2）提高固溶体电极电位或形成稳定钝化区 →、、：贵而紧缺，易使钢脆化，
是理想的。 （3）获得单相组织 →、 →单相奥氏体组织。 （4）机械保护措施或复盖层，如电镀、涂漆等方法。
➢ 不锈钢的组织及分类
铁素体形成元素：、、、、等； 奥氏体形成元素：C、N、、、等。 铬当量[] = + 1.5 + 2.0 + 1.5 +1.75
3）、晶界腐蚀（ ） 晶界腐蚀是指腐蚀过程是沿着晶界进行的，
其危害性最大。 4）、应力腐蚀（ ）
钢在拉应力状态下能发生应力腐蚀破坏的现象。 没有什么预兆，所以其危害性也是比较大的。 5）、磨损腐蚀（ ）
在腐蚀介质中同时有磨损，腐蚀和磨损相互促进、 相互加速的现象称为磨损腐蚀。
应力腐蚀裂纹
点ຫໍສະໝຸດ Baidu蚀
晶界腐蚀
第四章医用金属材料
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概述
• 定义： • 应用：
是一种用作生物医用材料的金属或合金，又称作外科用金属材料或医用金属材料，是一类生物 惰性材料。
通常用于整形外科、牙科、骨科等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 目前临床应用的金属植入材料主要包括：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金、 医用贵金属、医用钛、钽、铌、锆等单质金属，以及磁性合金等等。
18+8=26
耐蚀性达到 较高的水平. 、再↑, 更为优良
耐蚀电位接近8定 律中2的电位值
具有良好钝化性能
单相奥氏体组织
、:稳定K，↑抗晶间腐蚀的能力； : ↑不锈钢钝化作用，↓点腐蚀倾向， ↑钢在有机酸中的耐蚀性； : ↑钢在硫酸中的耐蚀性； : ↑钢抗应力腐蚀断裂的能力。 平衡态时为奥氏体+铁素体+碳化物组织， 经过固溶处理后获得了单相奥氏体。