Análisis médico de titanio.
Como material funcional importante, el metal titanio se usa ampliamente en la industria aeroespacial, energética, suministros médicos y otros campos debido a sus ventajas como baja densidad, alta resistencia específica y buena resistencia a la corrosión. El proceso de desarrollo del titanio médico y las aleaciones de titanio se puede dividir aproximadamente en tres períodos:
El primer período está representado por titanio puro y Ti-6AI-4V; el segundo período son las aleaciones de tipo -, representadas por Ti-5A1-2.5Fe y Ti-6Al-7Nb; el tercer período es mejores propiedades biológicas y desarrollo de elasticidad. Las aleaciones de beta titanio con módulo más bajo son la principal línea de defensa. La aplicación de nuevos materiales de aleación de titanio será la dirección de desarrollo de los dispositivos médicos convencionales actuales.
La investigación sobre materiales de aleación de titanio para uso médico en mi país comenzó en la década de 1970. El Instituto de Investigación de Metales No Ferrosos del Noroeste desarrolló Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ). En la década de 1990 se desarrolló Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ) con derechos de propiedad intelectual independientes. Materiales -6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe y Ti-6Al-7Nb. La Academia de Ciencias de China también ha desarrollado una nueva aleación de beta titanio Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn. En la actualidad, el desarrollo de aleaciones de titanio en mi país está dirigido principalmente a avances en nuevos materiales y aplicaciones activas de materiales de aleaciones de titanio.
Corrosión del titanio
El titanio es un metal termodinámicamente inestable con un potencial de pasivación relativamente negativo, con un potencial de electrodo estándar de -1.63V. Por lo tanto, es fácil formar una película de óxido con propiedades de pasivación en la atmósfera y en solución acuosa, y tiene buena resistencia a la corrosión.
Resistencia a la corrosión del titanio en diferentes medios.
Es muy importante estudiar la resistencia a la corrosión de los materiales médicos. Por un lado, algunos iones metálicos o productos de corrosión de los materiales implantados penetran en los tejidos biológicos, lo que puede desencadenar reacciones fisiológicas de diversos grados; por otro lado, debido a la presencia de fluidos corporales, el rendimiento de algunos materiales puede verse gravemente degradado, provocando daños rápidos o incluso fallos. El entorno del cuerpo humano es relativamente complejo, lo que es más probable que provoque la disolución de oligoelementos y cambie la estabilidad de la capa de óxido. Una ligera fricción provocará diversos grados de daño a la película de pasivación formada en la superficie de titanio. Por ejemplo, en un entorno deficiente en oxígeno, la estabilidad de la capa de óxido se debilita. Cuando se daña, no se puede reparar inmediatamente o se puede formar una nueva capa de óxido, lo que facilita la corrosión. Esta situación es casi inevitable durante los movimientos repetidos del cuerpo humano y el uso de equipos. La deformación plástica cambiará el estado estructural del material, afectando así el comportamiento frente a la corrosión del material. Los diferentes grados de deformación plástica tienen efectos muy diferentes sobre las propiedades de corrosión de los materiales. Durante el proceso de deformación plástica, las tensiones internas se concentran, provocando defectos en la interfaz y los granos. Por tanto, la deformación plástica debilita la resistencia a la corrosión del material.
Mecanismo de corrosión del titanio.
El titanio es un elemento de transición del grupo IVB. Las propiedades químicas son relativamente activas y tienen una gran afinidad con el oxígeno. En cualquier medio que contenga oxígeno, se forma fácilmente una película de pasivación densa sobre la superficie del titanio. Esta película de pasivación es extremadamente delgada, con un espesor que suele oscilar entre unos pocos nanómetros y decenas de nanómetros. La existencia de una película de pasivación de aleación de titanio reduce el área de disolución tensioactiva y ralentiza la velocidad de disolución, resistiendo así el daño causado por la disolución. Además, la película de pasivación se puede reparar automáticamente y se puede formar rápidamente una nueva película protectora cuando se daña. Por tanto, el titanio tiene buena resistencia a la corrosión. Las formas de corrosión del metal titanio implantado en organismos vivos se pueden dividir en corrosión por picaduras, corrosión por tensión, corrosión por grietas, corrosión galvánica y corrosión por desgaste.
La corrosión por tensión se refiere al fenómeno de las grietas del metal cuando la tensión de tracción y la corrosión actúan simultáneamente. El proceso general es: la acción de la tensión de tracción hace que la película protectora formada en la superficie del metal comience a romperse, formando una fuente de grietas de corrosión por picaduras o corrosión por grietas, que se desarrolla más profundamente. Al mismo tiempo, la acción de la tensión de tracción hará que la película protectora se agriete repetidamente, formando grietas perpendiculares a la dirección de la tensión de tracción. Grietas o incluso roturas.
Factores que afectan la corrosión bajo tensión de las aleaciones de titanio.
La aparición de la aleación de titanio SCC es el resultado de la interacción de tres factores: medio ambiente, tensión y material. SCC es altamente selectivo. Mientras se cambie cualquiera de los tres factores anteriores, no se producirá SCC.
Las aleaciones de titanio pueden sufrir corrosión bajo tensión bajo la acción de diversos medios, como soluciones acuosas, agua destilada, soluciones orgánicas, sal caliente, etc. Los mecanismos de SCC en diferentes medios son diferentes.
Todavía existen grandes diferencias en la influencia del valor del pH en la aleación de titanio SCC. En términos generales, a medida que aumenta el valor del pH, disminuye la sensibilidad a la SCC de las aleaciones de titanio. Cuando el valor de pH es 13-14, a menudo se puede inhibir el SCC. Sin embargo, en la parte frontal de las grietas locales donde cambia el SCC, incluso se puede formar un ambiente fuertemente corrosivo con un valor de pH de 2 a 3.
La influencia del potencial eléctrico sobre el grado de SCC es crucial. Los sistemas de corrosión compuestos de aleaciones y medios son diferentes, y sus potenciales de sensibilidad SCC también son diferentes. Por ejemplo, en aleaciones de B-titanio en soluciones acuosas que contienen haluros, el SCC aumenta cuando el potencial es de alrededor de -600mV; También se producirán grietas en potenciales de sobrepasivación; pero a potenciales inferiores a -1000mV, no se producirán grietas. grieta. En soluciones acuosas que contienen Cl- y Br-, el potencial de sensibilidad SCC de Ti8Al1Mo1V es -500mV{{10}}mV. En una solución acuosa que contiene I-, el área potencial sensible está por encima de 0 mV.
La temperatura es uno de los factores importantes que afectan la aparición de SCC en aleaciones de titanio. En general, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la susceptibilidad al SCC. En un ambiente de aire salado caliente de {{0}} grados, la corrosión bajo tensión de la aleación Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn es más sensible al SCC por encima de 450 grados. La sensibilidad SCC de la aleación Ti6Al4V con una cierta cantidad de Pd o Mo agregado en una solución de H2S CO2 NaCl S a 200 grados es menor que a 250 grados. Sin embargo, los materiales implantados en el cuerpo humano tienen una sensibilidad limitada a la temperatura.
When the medium is in the gap formed between the metal component and the metal or non-metal, it can accelerate the corrosion of the metal in the gap, which is called crevice corrosion. Crevice corrosion is a type of localized corrosion. When there are gaps in titanium and titanium alloys, due to the lack of oxidized substances in the gaps, they become anodes and corrode, destroying the passivation film. Generally, crevice corrosion goes through three stages: ① The consumption of oxygen in the crevice; ② The formation of macro cells and the reduction of pH value; ③ The passivation film is activated and dissolved until it is completely destroyed. The study found that in Hanks solution at 37°C, the crevice corrosion degree of the materials in descending order is: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti; Ti y Ti6AI4V tienen una fuerte resistencia a la corrosión en grietas en la solución Hanks. .
La corrosión por desgaste se produce cuando el metal entra en contacto con el medio, la velocidad de movimiento relativa es grande, lo que provoca que la superficie del metal se desgaste, lo que a su vez provoca una corrosión acelerada del metal. Cuando se implanta titanio como implante, se desgastará hasta cierto punto con los instrumentos quirúrgicos, provocando que se destruya la película de óxido existente en la superficie. Si esta película de óxido no se puede reparar a tiempo, el metal implantado se corroerá aún más o incluso fallará.
Los materiales biomédicos son una base material importante para el rápido desarrollo de la medicina clínica moderna y son el tema principal de la investigación de materiales en el siglo XXI. El titanio ha logrado grandes avances como nuevo material resistente a la corrosión y se utiliza ampliamente en el campo biomédico debido a su buena biocompatibilidad y resistencia a la corrosión. Sin embargo, todavía quedan muchos problemas por resolver para la aplicación del titanio en el entorno humano. Por lo tanto, es necesario realizar una investigación en profundidad sobre diversos aspectos de las propiedades de los materiales de titanio para diseñar e iniciar un desarrollo más rápido de materiales biomédicos.
Referirse a:
[1] Qin Ying, Wang Shaoan. Investigación sobre las propiedades de corrosión de los implantes dentales de titanio y aleaciones de titanio [J]. Revista Internacional de Medicina Oral, 2008, 35(4): 255-258.
[2] Huang Yongguang. Materiales de aleación de titanio para implantación quirúrgica y su estandarización [J]. Progreso en la industria del titanio, 2002, (1): 36-39
