【正文】 手術(shù)器械、工具。 1. 均勻腐蝕 2. 點(diǎn)腐蝕 發(fā)生在兩個(gè)具有不同電極電位的金屬配件偶上的腐蝕 。 點(diǎn)腐蝕發(fā)生在金屬表面某個(gè)局部，也就是說(shuō)在金屬表面出現(xiàn)了微電池作用，而作為陽(yáng)極的部位要受到嚴(yán)重的腐蝕。生物醫(yī)用金屬材料在人體生理環(huán)境下的腐蝕主要有八種類型： 化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)全部在 暴露表面上或在大部分表面上均勻進(jìn)行的一種腐蝕 。此外，磨損和應(yīng)力的反復(fù)作用，使材料在生物體內(nèi)的磨損過(guò)程加劇，可能發(fā)生多種腐蝕機(jī)制協(xié)同作用的情況。 二、耐生理腐蝕性 腐蝕的發(fā)生是一個(gè)緩慢的過(guò)程，其產(chǎn)物對(duì)生物機(jī)體的影響決定植入器件的使用壽命。因此，若在材料中需引入有毒金屬元素來(lái)提高其他性能，首先應(yīng)考慮 采用合金化 來(lái)減小或消除毒性，并提高其耐蝕性能；其次采用表面保護(hù)層和提高光潔度等方法來(lái)提高抗蝕性能。美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)的ASTMF4的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，金屬材料埋植 6個(gè)月后， 纖維包膜厚度 ﹤ 。 生物醫(yī)用金屬材料以其優(yōu)良的力學(xué)性能、易加工性和可靠性在臨床醫(yī)學(xué)中獲得了廣泛的應(yīng)用，其重要性與生物醫(yī)用高分子材料并駕齊驅(qū)，在整個(gè)生物醫(yī)用材料應(yīng)用中各 占 45%左右，由于金屬材料在組成上與人體組織成分相距甚遠(yuǎn)，因此，金屬材料很難與生物組織產(chǎn)生親合，一般不具有生物活性，它們通常以其相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性能，獲得一定的生物相容性，植入生物組織后，總是以異物的形式被生物組織所包裹，使之與正常組織隔絕。與人體骨相反，生物醫(yī)用金屬材料通常具有較高的彈性模量，一般高出人體骨一個(gè)數(shù)量級(jí)，即使模量較低的鈦合金也高出人體骨 45倍 無(wú)不良刺激、無(wú)毒害， 不引起毒性反應(yīng)、免疫反應(yīng)， 不致癌、不致畸， 無(wú)炎性反應(yīng)，不引起感染，不被排斥。 目前臨床應(yīng)用的金屬植入材料主要包括 ： 醫(yī)用貴金屬、醫(yī)用鈦、鉭、鈮、鋯等單質(zhì)金屬，以及不銹鋼、鈷基合金、鈦合金、鎳鈦形狀記憶合金、磁性合金等 。最先廣泛應(yīng)用于臨床治療的金屬材料是具有良好化學(xué)穩(wěn)定性及加工性能的金、銀、鉑等貴金屬，但以修補(bǔ)為主，直到 20世紀(jì)初，不銹鋼的開(kāi)發(fā)應(yīng)用才使得金屬材料在生物醫(yī)用器材上的應(yīng)用發(fā)展更為廣闊。第 3章 醫(yī)用金屬材料 目錄 醫(yī)用金屬材料的特性與要求 醫(yī)用金屬材料的腐蝕 常用醫(yī)用金屬材料 金屬與合金表面涂層處理 醫(yī)用金屬材料概述 醫(yī)用金屬材料的研究進(jìn)展 1 金屬植入材料 ? 定義： ? 歷史 ? 應(yīng)用： 是一種 用作生物醫(yī)用材料的金屬或合金 ，又稱作外科用金屬材料或醫(yī)用金屬材料，是一類生物惰性材料。 公元前 400～ 300年，腓尼基人就將金屬絲用于修復(fù)牙缺失；在中國(guó)唐代 (.)，有用銀膏補(bǔ)齒的記載 [2]，銀膏的成分是銀、汞和錫，與現(xiàn)代的銀 汞合金 很 相似 。 通常用于整形外科、牙科等等領(lǐng)域，具有治療、修復(fù)固定和置換人體硬組織系統(tǒng)的功能。 2 醫(yī)用金屬材料的特性與要求 ? (1)生物相容性 : 即 生物學(xué) 反應(yīng) 最小 ? (2)優(yōu)良的 機(jī)械性能 : ? 強(qiáng)度與彈性模量 （與生物體匹配） ? 人體骨的強(qiáng)度不高，如股骨頭的抗壓強(qiáng)度僅為 143MPa，具有較低的彈性模量；股骨頭的強(qiáng)度縱向彈性模量約為 ，徑向彈性模量為縱向的1/3，其斷裂韌性較高 ? 健康骨骼還具有自行調(diào)節(jié)能力，不易損壞或斷裂。 有助于愈合和附著。組織反應(yīng)一般根據(jù)植入物周圍所形成的 包膜厚度及細(xì)胞浸潤(rùn)數(shù)來(lái)評(píng)價(jià) 。 金屬材料的毒性 毒性反應(yīng)與材料釋放的化學(xué)物質(zhì)和濃度有關(guān)。 金屬的毒性主要 作用于細(xì)胞，可抑制酶的活動(dòng)，阻止酶通過(guò)細(xì)胞膜的擴(kuò)散和破壞溶酶體，一般可通過(guò)組織或細(xì)胞培養(yǎng)、急性和慢性毒性試驗(yàn)、溶血試驗(yàn)等來(lái)檢測(cè) 。醫(yī)用金屬材料植入體內(nèi)后處于長(zhǎng)期浸泡在含有有機(jī)酸、堿金屬或堿土金屬離子（ Na+、 K+、Ca2+）、 Cl－ 離子等構(gòu)成的恒溫（ 37℃ ）電解質(zhì)的環(huán)境中，加之蛋白質(zhì)、酶和細(xì)胞的作用，其環(huán)境異常惡劣，材料腐蝕機(jī)制復(fù)雜。因此，有必要了解材料在體內(nèi)環(huán)境的腐蝕機(jī)制，從而指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和加工。腐蝕產(chǎn)物及其進(jìn)入人體環(huán)境中的金屬離子總量較大，影響到材料的生物相容性。臨床資料證實(shí)，醫(yī)用 不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的可能性較大 。多見(jiàn)于兩種以上材料制成的組合植入器件，甚至在加工零件過(guò)程中引入的其他工具的微粒屑，以及為病人手術(shù)所必須使用的外科器械引入的微粒屑，也可能引發(fā)電偶腐蝕。 3. 電偶腐蝕 由于 環(huán)境中化學(xué)成分的濃度分布不均勻引起的腐蝕 ，屬閉塞電池腐蝕，多發(fā)生在界面部位，如接骨板和骨螺釘，不銹鋼植入器件更為常見(jiàn)。一般可通過(guò)減少碳、硫、磷等雜質(zhì)含量等手段來(lái)改善晶間腐蝕傾向。不銹鋼的耐磨蝕能力較差，鈷基合金的耐磨蝕能力優(yōu)良。因此，提高表面光潔度可改善這一性能。在裂紋尖端處可發(fā)生力學(xué)和電化學(xué)綜合作用，導(dǎo)致裂紋迅速擴(kuò)展而造成植入器件斷裂失效。 8. 應(yīng)力腐蝕 3 常用醫(yī)用金屬材料 ? 不銹鋼 醫(yī)用不銹鋼（ stainless steel as biomedical material）為鐵基耐蝕合金，是最早開(kāi)發(fā)的生物醫(yī)用合金之一，以其易加工、價(jià)格低廉而得到廣泛的應(yīng)用，其中應(yīng)用最多的是奧氏體超低碳 316L和 317L不銹鋼。 ? 20世紀(jì) 50年代， 316不銹鋼的碳含量由 %降低為%，進(jìn)一步提高了其在含 Cl溶液體系中的耐蝕性能，降低了材料致敏性，這就是常見(jiàn)的 316L不銹鋼 表 32 金屬材料成分（ ASTM， 1978） 元素 316 不銹鋼 316L 317L 鑄鈷合金 鍛鈷合金 1級(jí)純鐵 鈦 6鋁 4釩 鐵 鈷 鉻 鎳 鈦 鋁 釩 碳 錳 磷 硫 硅 鉬 鎢 氯 氫 氧 其他 59～ 70 － 17～ 20 12～ 14 － － － ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ～ － － － － ≤ 18～ 20 11～ 15 ～ ≤ 57～ 67 27～ 30 ≤ － － － ≤ ≤ － － ≤ ～ － － － － ≤ 40～ 56 16～ 21 9～ 11 － － － ～ ≤ － － ≤ － 14～ 16 － － － ≤ － － － 余量 － － － － － － － － － ≤ ≤ ≤ ≤ － － － 余量 ～ ～ － － － － － － － ≤ ≤ ≤ ? 表 316和 316L不銹鋼材料的力學(xué)性能 材料 狀態(tài) 抗拉強(qiáng)度/MPa 屈服強(qiáng)度 /MPa 延伸率 /% 洛氏硬度/HRB 退火態(tài) 515 205 40 95 316 冷精軋 620 310 35 － 冷加工 860 690 12 300～ 350 退火態(tài) 505 195 40 95 316L 冷精軋 605 295 35 － 冷加工 860 690 12 － 表 316和 316L的力學(xué)性能。這說(shuō)明此類材料可以在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)力學(xué)性能。它們適合做臨時(shí)裝置，如骨折固定板、固定螺釘或銷子 .。此外，降低不銹鋼中的 Si、 Mn等雜質(zhì)元素及非金屬家雜物，可進(jìn)一步提高材料的抗腐蝕能力。 通常采用兩種工藝生產(chǎn)醫(yī)用不銹鋼。而 高純 度醫(yī)用不銹鋼一般先通過(guò) 真空熔煉，然后再用真空電弧爐重熔或電渣重熔除去雜質(zhì) ，使其鈍化。冷加工可大幅度提高醫(yī)用不銹鋼的強(qiáng)度，但并不引起塑性