Углерод

Проблема - создание хим. инертной поверхности.

Углерод хорошо совместим с биоматериалами, хорошо выводится из организма. Высокая поверхностная энергия (высокий электромагнитный потенциал – на границе изделия белковая плёнка, предотвращающая нарастание соед. тк., “эндотелиальный белковый слой”). Имплантаты покрывают углеродной пленкой.

Графит – производится из кокса, антрацита при Т=1500-1700 ⁰с, полиморфная структура углерода. Выскоая прочность на усталость и износ. Модуль упругости ~ модулю упругости кости. Эндопротезирование костей и суставов, на поверхность протезов.

Стеклоуглерод. Схож по свойствам со стеклом. Хрупкость, плохо переносит концентр. напряжения. Химическая инертность. Низкая ударная вязкость. Изготовление зубных протезов.

“Углекон-м”. Композиция из плетенных углеродных нитей, связанных пиролитическим графитом. Монолитное углеродное тело – минимум добавок. Вначале создается каркас из нитей, затем в вакуумной печи – термич. разложение метана – образуется пироуглерод(графит) и оседает на каркасе. Прочная, биоинертная структура, повыш. устойчивость к циклическим нагрузкам. Все трещины обрабатываются, Практически чистый углерод, высокая устойчивость к циклическим нагрузкам. Прочность выше, чем у кости. 150-160 МПа на изгиб.

Металлы с памятью формы

“Эффект памяти формы”

Представители материалов со специальными свойствами. Высокие механические характеристики, сопротивление усталости, коррозионная стойкость, термомеханическая память (основана на термоупругом мартенситном превращении аустенит – мартенсит).

Сплав титан и никель – эквиатомный состав (равное кол-во атомов Ni и Ti) никелит титан (нитинол). Реже более дешевые сплавы – CuAlNi.

Аустенитное состояние – при повышенной температуре, в этом состоянии придают необходимую форму. Охлаждение до мартенситного состояния – придали другую “удобную” форму. Снова нагрели – принимает исходную форму. Материал инертен. Биосовместимость.

Применение: коррекция позвоночника – стержни Харингтона, корректирующие пластины для соединительных костей, внутрикостные шпильки(например, перелом большой брецовой кости), устройства для скелетного вытяжения, проволока для исправления положения зубов. Также используется в космическом строительстве.

Лекция№4

Режущие колющие инструменты – коррозионный износ, локальная коррозия стали мартенситного класса. Спечные сплавы. Углеродистые, мартенситные и армирующие – основные стали.

Хромоникелевая – мартенситно-стареющая(аустенитная) износостойкость, сопротивление пластическим деформациям, важнейший элемент углерод (увеличивает прочность но падает коррозионная стойкость)

50Х14МФ – скальпель, нож, ножницы (или 20Х13)

40Х13, 45ХВ – стоматология, костные щипцы

12Х18Н10Т- иглы инъекционные

12Х13, 20Х13 – иглы сшивающие

Зажимы – удержание тканей игл главная рабочая часть место зажима – 20Х13(мартенситный класс), 12Х13(мартен.-ферит. класс), 03Х13Н14М2 (быстро изнашиваемая рабочая часть, нужно высокое сопротивление малой деформации)

12Х18Н10Т(аустенитный класс) – пинцеты

20Х13 – иглодержатели, щипцы

СНГН – для армирования

Детали инструментов для крепления – винты, гайки, штифты, пружины

Коррозионно-стойкие мартенситного класса, мартенситно-ферритного.

Хирургические имплантаты

Элементы для соединения обломков костей, трахеотомические трубки – подвергаются изгибу, растяжению, скручиванию, действию биологической среды.

Применяют хромоникелевые и хромоникельмолибденовые, кобальт, тантал, титан, серебро никель.

Многозвенные инструменты

Зубные боры, фрезы(стоматологические инструменты)

Вольфрамовые стали высокой твердости – ХВ5, ХВ4

Спечные твердые сплавы – ВК6-ОМ

Ранорасширяющие – повышенная коррозионная стойкость (20Х13, 12Х13, 12Х18Н9Т используют латунь с покрытием хромоникелевым)

Микроинструменты – малая рабочая часть, обеспечение создания и сохранения кромки. (ЗИ90, ЭП853 – мартенситностареющие стали, мартенситного класса)

Стержневые хирургические – буравы проволока 1-3 класс аустенитных хромоникелевых сталей (обработка каналов зуба). Высокие пластические деформации.

Методы защиты медицинских инструментов

Защитные покрытия – металл неметалл.

Электрические, химические, горячие, диффузионные

В мед практике: гальванические, химические

Гальванические – нанесение тонкого слоя другого металла из раствора солей этого металла под действием постоянного электрического тока.

Достоинства – меньший расход металла, высокое качество покрытия, прочное сцепление покрытия с основным металлом, регулирование толщины поверхности.

Роль покрытия – защита от коррозии. Выбор вида покрытия зависит от условий эксплуатации.

Три типа: защитное(от коррозии: Zn,Cd,Ni… анодизация), защитно-декоративное(Ni,Cr и сплавы на их основе (Au,Ag,Pd)), специальное покрытие(износостойкость, магнитные свойства)

Защитные – цинковые, кадмиевые, никелевые (анодизация)

Защитно –декор – никелевые, хромовые, драг металлы

Специальные – твердый хром(для твердости, износостойкости) для иглодержателей производят алмазирование

Род защитного действия: анодные, катодные

Анодные – химическое покрытие, анодная пара, анод растворяется и покрывает металл

Катодное(чаще используется) – механическое нанесение за счёт электролиза.

Выбор вида и типа покрытия

Руководствуются ГОСТ и ОСТ (отраслевые стандарты) (Основные требования к выбору покрытия, покрытия металл и неметалл. Группы условия эксплуатации) Л-легкая С-средняя Ж-жёсткая ОЖ – очень жёсткая.

Не токсичность, высокая коррозионная стойкость – требования.

Эффективные защитные покрытия

Никелирование(облагораживание) Никель – катод по отношению к Fe (только при сплошном покрытии). Многослойное (никель, медь, никель, хром), в тоже время неприемлемо толстое покрытие(12-15 мкм)

Химико-термический метод диффузионного хромирования (150мкм) за счёт диффузии Cr.

Электро-химическое шлифование, полирование

10Х13, 12Х18Н9Т – полируют и шлифуют снижение шероховатости

Уменьшение бликов матирование (матовость) – обдув стеклянными шариками

Сатинирование – обработка водной пульпой со стеклянными шариками

Воздушный метод – мелкие частички

Химическое матирование – взаимодействия с ПАВами