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第三章医用金属材料

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3.2 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, 不引起毒性反应、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,其耐磨性直接影响到 植入器件的寿命)
• 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。
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• 表3.1 316和316L不锈钢材料的力学性能
材料 状态 退火态
抗拉强度 /MPa
515
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.。 11
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。
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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。
• 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。
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3.1 医用金属材料概述
• 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。
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,
• 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。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢4Biblioteka 加工处理•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。 6
• 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
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢 1)分类与概念

最早用于植入材料的不锈钢是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。
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3.3.1 不锈钢
1)分类与概念 • 20世纪50年代,316不锈钢的碳含量由0.08%降低为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 • 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。
Cr18Ni10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。
不锈钢骨固定螺钉和骨固定板 13
器械包 14
3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢 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。
3.3.2 Co基合金 1)分类与概念
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。
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
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢
1)分类与概念
• 奥氏体不锈钢是在铁-铬系统中再加入8%以上的镍形成 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。
• 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。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.1 不锈钢
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
钝化层,在包装和杀菌前需要再清洗一次。
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3.3 常用医用金属材料
3.3.2 Co基合金 1)分类与概念
概念:含有较高的铬和钼,又称钴铬钼合金,具有极为优异的 耐腐蚀性(比不锈钢高40倍)和耐磨性,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。
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3.3 常用医用金属材料
热处理原则:不应导致合金在晶界形成Cr4析出,通常热处理 会引起成分的变化,这个问题可通过控制加热 的均匀性以及合理的热处理工艺加以解决。
在热处理过程中不希望出现的结果就是在表面形
成氧化层,这必须通过化学、酸蚀或机械喷砂的方法
去除。去除氧化层后,部件表面被磨光成镜面或无光
泽的端面,然后清洗,去掉油污,在硝酸中形成表面
屈服强度/MPa 延伸率/%
205
40
洛氏硬度 /HRB
95
316 冷精轧
620
310
35

冷加工
860
690
12
300~350
退火态
505
195
40
95
316L 冷精轧
605
295
35

冷加工
860
690
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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。
大家好
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第三章 医用金属材料
2
1
医用金属材料概述
2 医用金属材料的特性与要求
目3 录
4
常用医用金属材料 医用金属材料的腐蚀
5 金属与合金表面涂层处理
6 医用金属材料的研究进展
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3.1 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。
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