Као важан функционални материјал, метал титанијума се широко користи у ваздухопловству, енергетској индустрији, медицинским потрепштинама и другим пољима због својих предности ниске густине, високе специфичне чврстоће и добре отпорности на корозију. Развој медицинског титанијума и легура титанијума грубо је подељен у три периода:
Први период је представљен чистим титанијумом и Ти-6АИ-4В; други период је представљен легурама типа + -, Ти-5А1-2.5Фе и Ти-6Ал-7Нб; а трећи период представља развој легура титанијума -типа са бољим биолошким својствима и нижим модулом еластичности као главне линије одбране. Примена нових материјала од легура титанијума биће тренутни правац развоја мејнстрим медицинских уређаја.
Истраживање медицинских материјала од легура титанијума у Кини почело је 1970-их, Северозападни институт за истраживање обојених метала развио је Ти-2.5Ал-2.5Мо-2.5Зр (ТАМЗ), а 1990-их развили са независним правима интелектуалне својине на материјале Ти-6Ал-4В, Ти-Ал-2.5Фе и Ти-6Ал-7Нб. Кинеска академија наука је такође развила нову легуру титанијума Ти-24Нб-4Зр-7.6Сн. Тренутни кинески развој легура титанијума за продор нових материјала и материјала од легура титанијума за активну примену главног правца.
И. Корозија титанијума
Титанијум је термодинамички нестабилан метал, потенцијал пасивације је негативнији, стандардни потенцијал електроде је -1.63В. Због тога се у атмосфери и воденом раствору лако формира слој оксидованог филма са својствима пасивизације, бољом отпорношћу на корозију.
1, отпорност на корозију титанијума у различитим медијима
Веома је важно проучавати отпорност медицинских материјала на корозију. С једне стране, неки од металних јона или продуката корозије имплантираног материјала продиру у ткива организма, што може изазвати различите степене физиолошких реакција; с друге стране, због присуства телесних течности, перформансе одређених материјала могу бити озбиљно смањене, што доводи до брзог оштећења или чак квара. Релативно сложено окружење људског тела вероватније ће изазвати растварање елемената у траговима и променити стабилност оксидног слоја. Лагано трење може проузроковати да формирање титанијумског површинског пасивирајућег филма претрпи различите степене оштећења, као што је у окружењу сиромашном кисеоником, стабилност оксидног слоја је ослабљена, не може се одмах поправити када се оштети или формирање новог оксидног слоја , већа је вероватноћа да ће изазвати корозију. Ова ситуација је готово неизбежна у поновљеном кретању људског тела и употреби инструмената. Пластична деформација ће променити организационо стање материјала, што ће заузврат утицати на корозионе перформансе материјала. Различити степени пластичне деформације на корозионе перформансе материјала веома варирају. У процесу пластичне деформације, због концентрације унутрашњих напрезања која резултирају дефектима интерфејса и зрна, пластична деформација ће ослабити отпорност материјала на корозију.
2, механизам корозије титанијума
Титанијум је прелазни елемент ИВБ групе, хемијска природа је активнија, а кисеоник има велики афинитет. У било ком медијуму који садржи кисеоник, на површини титанијума је лако створити густ пасивациони филм, пасивациони филм је изузетно танак, његова дебљина је обично од неколико нанометара до десетина нанометара. Присуство пасивирајућег филма на легурама титанијума доводи до смањења површине површински активног растварања и успоравања брзине растварања, чиме се одупире оштећењима изазваним растварањем. Поред тога, пасивни филм је такође способан за аутоматску поправку, када је оштећен, може брзо формирати нови заштитни филм. Као резултат тога, титанијум има добру отпорност на корозију. Метал титанијум имплантиран у живе организме, облик корозије се може поделити на корозију пора, корозију под напоном, корозију у пукотинама, корозију галванске спојнице и корозију хабања.
2.1 Корозија под напоном
Корозија под напоном је појава ломљења метала када истовремено делују затезни напон и корозија. Општи процес је: улога затезног напрезања тако да је заштитни филм створен на површини метала почео да пуца, формирање питтинг корозије или пукотина корозије извор пукотина, до уздужне дубине развоја, у исто време, Улога затезног напрезања може учинити да заштитни филм више пута пуца, формирање окомито на правац затезног напрезања пукотине, или чак довести до руптуре.
2.1.1 Фактори који утичу на напонску корозију легуре титанијума
Појава СЦЦ-а на легури титанијума је резултат заједничког деловања три фактора: околине, стреса и материјала, СЦЦ је високо селективан, све док се мења било који од горе наведена три фактора, СЦЦ се неће појавити.
(1) Животна средина
(1) Средњи
Легуре титанијума могу бити подвргнуте СЦЦ-у у многим воденим растворима, дестилованој води, органским растворима и врућим солима, итд. Механизам СЦЦ-а није исти у различитим медијима.
(2) пХ вредност
пХ вредност легуре титанијума СЦЦ утиче на значајно неслагање. Генерално, са повећањем пХ вредности, СЦЦ осетљивост легуре титанијума опада, када пХ вредност 13-14 често може да инхибира СЦЦ, али у СЦЦ промене на предњој страни локалних пукотина могу чак да формирају јаку корозивну окружење пХ вредности 2-3.
(3) Потенцијал
Утицај потенцијала на степен СЦЦ је критичан. Састав легуре и медија корозивног система је различит, његов потенцијал осетљивости на СЦЦ је различит. Као што је Б - легура титанијума која садржи халогениде у воденом раствору, када је потенцијал у близини -600мВ, СЦЦ погоршање; у потенцијалу прекомерне пасивације такође треба да настану пукотине; али у потенцијалу нижем од -1000мВ није напукао. У воденом раствору који садржи Цл- и Бр-, СЦЦ осетљиви потенцијал Ти8Ал1Мо1В је -500мВ{{10}}мВ, док је у воденом раствору који садржи И-, 0мВ или више осетљиво подручје потенцијала.
(4) Температура
Температура је један од важних фактора који утичу на СЦЦ легура титанијума. Уопштено говорећи, температура расте, осетљивост СЦЦ се повећава. У {{0}} степену врућа со - ваздушна средина, корозија легуре Ти6Ал3Мо2Зр0.5Сн на 450 степени или више осетљива на СЦЦ. Легуре Ти6Ал4В са одређеном количином Пд или Мо у раствору Х2С+ЦО2+НаЦл+С биле су мање осетљиве на СЦЦ на 200 степени него на 250 степени. Међутим, температурна осетљивост материјала имплантираног у људско тело је ограничена.
(5) Концентрација Цл-јона
Што је већа концентрација Цл- у раствору, већа је његова осетљивост на СЦЦ.
(2) Стрес
СЦЦ незгоде узроковане заосталим напрезањима насталим током хладног рада, ковања, заваривања, термичке обраде или склапања легура чине 40% укупних незгода са СЦЦ. Поред тога, спољна напрезања настала током рада или услед запреминског ефекта продуката корозије или неуједначена напрезања услед запреминског ефекта продуката корозије, итд., сви су извори напона који стварају СЦЦ. Што је већи ниво стреса, краће је време за појаву СЦЦ.
3) Материјал
У истом медијуму животне средине, ако су хемијски састав материјала, сегрегација, организација, величина зрна, дефекти кристала, својства, термичка обрада и стање површине итд. различити, његово понашање и степен корозије под напоном су такође различити. Додавање малих количина Пд, Мо или Ру легурама титанијума може смањити њихову подложност корозији под напоном. Осетљивост СЦЦ легура Ти6Ал4В и Ти15В3Цр3Ал3Сн третираних вршним старењем је већа од оне у жареном стању. Када је садржај кисеоника у легури Ти6Ал4В нижи од 0.13%, осетљивост СЦЦ може бити знатно смањена.
2.1.2 Уобичајена решења
Да би се елиминисала или смањила СЦЦ осетљивост легура титанијума у одређеном медијуму, могу се користити следећа решења.
(1) Елиминишите заостало напрезање
Може се елиминисати кроз методу целог жарења или локалног жарења како би се елиминисало локално заостало напрезање настало након производње делова. У овом тренутку треба размотрити негативан утицај топлотне обраде на чврстоћу, пластичност или жилавост материјала.
(2) легирање
За традиционалне легуре, у зависности од ситуације у легури, додати одговарајућу количину Пд, Мо или Ру да би се побољшала њена отпорност на СЦЦ.
3) Површинска обрада
Побољшањем квалитета површине легура титанијума, побољшати биокомпатибилност и отпорност материјала на хабање, смањити и одложити време и брзину пуцања.
2.2 пукотина корозија
When the medium in the metal parts and metal or non-metallic gap between the formation of the gap, can make the gap in the metal to accelerate corrosion, known as crevice corrosion. Crevice corrosion is a localized corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidizing substances within the crevice, so that it becomes anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. In general, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, pH value decreases; ③ activation and dissolution of the passivation film until it is completely destroyed. It is found that in 37℃ Hanks' solution, the crevice corrosion degree of the material in descending order: NiTi>NiTiCu>316L>Ти6Ал4В≈Ти; Ти и Ти6АИ4В имају јаку отпорност на корозију у пукотинама у Ханксовом решењу.
2.3 Корозија хабања
Корозија хабања је убрзана корозија металних површина узрокована великом брзином релативног кретања метала у контакту са медијумом. Када се уметну титанијумски имплантати, долази до одређеног степена абразије оперативног инструмента, што уништава оксидни филм присутан на површини. Ако се овај оксидни филм не поправи на време, имплантирани метал ће даље кородирати или чак пропасти.
Закључак
Биомедицински материјали су важна материјална основа за брзи развој савремене клиничке медицине, главна је тема истраживања материјала у 21. веку. Титанијум као нова врста материјала отпорних на корозију је направио велики напредак, због своје боље биокомпатибилности и отпорности на корозију, у области биомедицине има широку примену. Међутим, постоји још много проблема које треба решити у примени титанијума у људском окружењу. Стога су потребне детаљне студије о различитим аспектима својстава титанијума да би се дизајнирао и покренуо бржи развој биомедицинских материјала.
