Orvosi implantátumok anyagai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Orvosi implantátumok anyagai"

Mária Illés
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 11 Orvosi implantátumok anyagai Dr. Mészáros István Anyagtudomány és Technológia Tanszék Sebészeti, fogorvosi alkalmazások Fémek, ötvözetek Kerámiák Polimerek Kompozitok Fémek ötvözetek hátrányai: korrózió, metallózis, lokális és kopás törmelék képződés, távoli biólógiai kontakt pot. elektrolízis reakciók érzékenyek az elektrokémiai korrózióra nagy rugalmassági modulus előnyei: nagy szilárdság nagy szívósság jó alakíthatóság Alkalmazhatók: saválló acélok, kobalt alapú ötv., titán alapú ötvözetek Passzív oxid réteg a felületen - fő komponensek - mikroötvözők a szervezet kis koncentrációban elviselni képes

hátrányai: korrózió, metallózis, lokális és kopás törmelék képződés, távoli biólógiai kontakt pot.

2 22 Saválló (korrózióálló) acélok 316L nem stabilizált, ausztenites acél : TAMMAN (18Cr 8Ni, α, γ stab.) Biolan Ni %,Cr 17-20%, C< 0,03%, Mo 2-4% (nem stabilizált Ti, Nb) Ni stabilizálja az ausztenites szerkezetet (delta-ferrit nincs!) C < 0,03% klorid ionokat tartalmazó oldatban jó korrózióállóság (kevés szemcsehatár menti karbid kiválás) a szemcsehatár menti korrózió elhanyagolható Mo javítja a tűlyuk korróziós tulajdonságot pitting MoO 4-2 ionok abszorpciója a felületen passziválás Cr passziv Cr-oxid réteg a felületen (vastagsága nm) FeCr 2 O 4, NiCr 2 O 4 spinell szigetelő, lassú benne a diffúzió, kb. 5 nagyságrenddel lassabb, mint a Fe0-ban Szövetszerkezet: - ha túl magas a Mo tartalom σ fázis kialakulása, rideg intermetallikus fémvegyület az ötvözet rideggé válhat - túl magas Cr tartalom >28% szemcsehatáron króm-carbid precipitáció a környezetben elszegényedik Cr ban ( Cr 23 C 6 ) kiürített zóna helyi anódként működik szemcsehatármenti korróziót okoz. - Sensitization : Cr 23 C 6 kialakulása C hőmérsékleten történik C feletti hőkezelés, a karbidok kialakulásának megelőzésére, majd gyors hűtés

) C < 0,03% klorid ionokat tartalmazó oldatban jó korrózióállóság (kevés szemcsehatár menti karbid kiválás) a szemcsehatár menti korrózió elhanyagolható Mo javítja a tűlyuk korróziós tulajdonságot

3 33 Mechanikai és korróziós tulajdonságok: - Lágyított állapotában a szilárdsága alacsony. - Hidegalakítás után a szilárdsága, keménysége, modulusa nő, alakíthatósága csökken. - A durva szemcseszerkezet csökkenti a fáradással szembeni ellenállóképességet (Hall-Petch), (sok csipőprotézis fáradásos törése 1978.) - Cr-oxid réteg kritikus elektrokémiai potenciálja közel azonos az in-vivo környezetben kialakuló potenciálkülönbséggel Cr-oxid részlegesen megbomlik korrózió korróziós termékek Ni 2+,Cr 3+ fémionok kerülnek a környező szövetbe (metallózis) és a távolabbi testrészekbe (fémionok felhalmozódása a májban) implantátum-csont kötés meglazulása Korlátozott használati idő 6-12hó (WHO). - Rudak, lemezek, csavarok, szögek, törésrögzítés.

) - Cr-oxid réteg kritikus elektrokémiai potenciálja közel azonos az in-vivo környezetben kialakuló potenciálkülönbséggel Cr-oxid részlegesen megbomlik korrózió korróziós termékek Ni

4 44 Duplex saválló acél : (25Cr-7Ni-4Mo-0,25N) Szövetszerkezet: α + γ (40 60 %) - Duplex: ausztenit + ferrit : mágneses mérések, - Kiváló korrózióállóság Cl - ion tartalmú közegekben - Mo, Cr tartalom magas: - jobb lyuk (pitting) és késél (crevice) korróziós tulajdonságok - Szakítószilárdsága magasabb (4x) mint az ausztenites acélé - Ferromágneses NMR (MR) vizsgálatot lehetetlenné teszi

Mo, Cr tartalom magas: - jobb lyuk (pitting) és késél (crevice) korróziós tulajdonságok -

5 55 Kobalt alapú ötvözetek : ortopédiai alkalmazások (Vitallium, Virilium ) Öntött Co-Cr-Mo ( ASTM F 75 ). - Az öntvény megszilárdulása során C nagyszemcséjű, inhomogén (cored szerkezet) - Fázisai: - Co-ban gazdag γ - fázis (dendrites) - Cr-ban gazdag M 23 C 6 fázis (Co-Cr-Mo keverék) - Cr+Mo -ban gazdag σ - fázis - fajtérfogat változás dermedés során porozitás lunkerek törés C lassú allotróp átalakulás szoros hexagonális szerkezetből FKK. Hűtés során FKK fázis visszamaradhat (metastabil fázis) C eutektikum ha T> C helyileg megolvad s a megszilárdulás során σ,γ, M 23 C 6 fázisok válnak ki a szemcsehatáron csökkenti a korrózióállóságot, szivósságot tipikus homogenizálási hőmérséklet C (24-48h)

keverék) - Cr+Mo -ban gazdag σ - fázis - fajtérfogat változás dermedés során porozitás lunkerek törés - 890 0 C lassú allotróp átalakulás szoros hexagonális szerkezetből FKK.

6 66 Co-Cr-W-Ni (ASTM F90) - Kristályszerkezete FKK, ausztenites - Alakítási módjai: - meleg kovácsolás >650 0 C - Hidegalakítás (kovácsolás, hengerlés) ε- fázis (hex) - melegkovácsolásnál finom szövetszerkezetet és homogén karbid eloszlást kapunk Co-Ni-Cr-Mo ( ASTM F 562, MP35N ). - Finomszemcsés ausztenites és hexagonális szerkezet C allotróp átalakulás hex FKK,kétfázisú rendszer - hűtés során maradék ausztenit alakul ki (alacsony energiájú metastabil állapot) - hőkezelés max C tartományban Co 3 Mo precipitáció alakul ki a hexagonális fázison belül (kiválásos keményítés)

- Finomszemcsés ausztenites és hexagonális szerkezet - 650 0 C allotróp átalakulás hex FKK,kétfázisú rendszer - hűtés során maradék ausztenit alakul

7 77 Ti alapú ötvözetek - tökéletesen szövetbarát (inaktív), felületén Ti-oxid (1-4 nm) - Hex(α)-TKK(β) C on allotróp átalakulás - nagy szilárdság - jó korrózióállóság jó terhelés eloszlás, ortopédiai alk - alacsony rug.modulus - tiszta Ti csak a fogászatban alkalmazzák (esetleg bevonattal) - Ti-6Al-4V (ASTM F 136) - Ti-5Al-2,5Fe - Ti-6Al-7Nb - Ti-6Al-4V ( ASTM F 136 ) kétfázisú: α+γ - Szövetszerkezete : - újrakristályosított (1) - lemezes (2) - homogenizált és öregített (3) - hidrogén ötvözött (4) - (1) Alakítás, (kovácsolás) C + hőkezelés C újrakristályosodik az anyag közel kerek α szemcsék, finom szerkezet (3-10 µm), β a szemcsehatáron (Ajánlott.) - (2) Lemezes. Hőkezelés T>975 0 C (β) homogenizálás, hűtés α+β lemezes szerkezet (5-20 µm)

modulus - tiszta Ti csak a fogászatban alkalmazzák (esetleg bevonattal) - Ti-6Al-4V (ASTM F 136) - Ti-5Al-2,5Fe - Ti-6Al-7Nb - Ti-6Al-4V ( ASTM F 136 ) kétfázisú: α+γ - Szövetszerkezete : -

8 88 - (3) Homogenizálás C β, öregítés C α+β. Idő finom szemcseszerkezet jobb fáradási tulajdonságok - (4) Hidrogén-ötvözés, kémiai-ötvözés: a hidrogén csak időleges ötvöző (β stabilizáló). Eutektoid β bomlása termodinamikailag kedvezőbb mint az β α allotróp átalakulás. Eutektoid bomlása rendkívül finom 1µm kisebb α szemcsék az α+β szerkezetben kitűnő kifáradási tulajdonságok

hidrogén csak időleges ötvöző (β stabilizáló).

Hasonló dokumentumok

Kardiovaszkuláris intervenciók, intervenciós eszközök

Kardiovaszkuláris intervenciók, intervenciós eszközök Dr. Ring György Orvostechnikai anyagok II. 2015. 03. 23. Atherogenesis és atherothrombosis: Egy progresszív folyamat Normális Zsíros csík Rostos plakk