几种生物医用合金的特性及应用

　　摘要:医用金属材料是发展较早的一类医用材料，也是现在发展较为完善而又有发展前途的一类材料。本文主要介绍几种临床比较常见的医用金属材料的改性和应用。
　　关键词：医用金属材料 不锈钢合金 钛合金 镁合金 表面改性
　　中图分类号：R318.08文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2011)10(c)-0000-00
　　
　　生物医用金属材料是用于生物医学材料的金属或合金，是发展较早又很有发展前途的一类材料。金属材料用于植入人体已有四百多年的历史，英国在很早的时候就用纯金镶牙修补颅骨，后来陆续用铁金合金，银等来固定骨折关节。在二战期间，几个发达国家使用了大量的不锈钢作为人体植入物。二十世纪五十年代初，随着稀有金属的发展，各种稀有金属开始作为人体植入物用于临床。
　　此类材料的力学性能很好，是临床应用最广泛的承力植入材料。金属材料的应用非常广泛，涉及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。对于临床应用的医用金属材料，为了能够长期在人体内发挥作用，不仅需要满足一定的物理性能和力学性能，还需要满足耐腐蚀，抗疲劳，良好的生物相容性和良好的加工性能等条件。现在常用的金属材料主要有不锈钢，钛合金，镍合金等。
　　
　　1医用不锈钢
　　不锈钢指耐空气、蒸汽、水、酸、碱、盐等介质腐蚀的钢，此类金属在临床方面应用较早。不锈钢主要成分为铁铬和碳等，还有镍、钼、铜、氮等。其中铬是很重要的活性元素，它可以在不锈钢的表面形成一个抗腐蚀的氧化保护膜。不锈钢按显微组织的特点可以分为奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢，奥氏体 - 铁素体双相不锈钢，马氏体不锈钢。等类型。铁素体不锈钢含铬约12‰～30‰。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差。 奥氏体不锈钢含铬大于18‰，综合性能好，可耐多种介质腐蚀。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好。奥氏体 - 铁素体双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，与铁素体相比，它的塑性和韧性更高，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。 马氏体不锈钢因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差。 在临床应用中，奥氏体不锈钢应用比较广泛 ，特别是316和316L不锈钢的力学性能，生物相容性等都比较符合临床要求，而且此类不锈钢加工性能较好，价格低廉，被广泛应用于骨科植入材料。但是不锈钢在临床应用中也出现了各种问题，比如在人体生理环境下会出现晶界腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀等由于长期植入人体不稳定的状况，而且不锈钢的弹性模量远远大于人骨，会引起应力屏蔽效应。融出的有些金属离子，比如镍离子会诱发肿瘤。所以，随着医用材料的发展，不锈钢作为医学材料应用比例开始下降。
　　
　　2医用钛合金
　　近年来，随着稀有金属的发展，钛合金在医学方面医用越来越广泛。钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。钛合金用于临床只要有一下几个优点：(1)质轻，一般钛合金的密度仅为不锈钢的56%，植入人体后大幅度减轻人体的负荷量；(2)弹性模量低，钛合金的弹性模量仅为不锈钢的53%，与人体自然骨弹性模量相近，可以减少应力屏蔽效应，更有利于人骨的生长愈合。(3)抗腐蚀性，钛合金为生物惰性材料，在人体生理环境下有优异的抗腐蚀性能，对人体生理环境不产生污染。其他合金材料的人体植入物用钛及钛合金表面进行阳极氧化着色处理，可以提高植入物的耐腐蚀性，解决了金属离子的溶出问题。(4)无毒无磁性，作为人体植入物，对人体无毒副作用，而且避免了雷雨天气和磁场的影响。(5)力学性能良好，强度高、韧性好，可以满足作为人体植入物的一些力学要求。钛合金的主要确定就是成本比较高。但是总体来说，基于以上的优点，钛合金作为人体植入物的用量逐年增加，优越性也越来越被医学界认可。
　　
　　3医用镁合金
　　镁及镁合金作为一类新型医用材料是具有巨大的优势和潜力的。镁合金具有优良的机械性能，良好的生物活性，可以介导成骨作用。而且镁合金还具有可降解性，避免了病人二次手术的痛苦。但是镁合金有一个很大的缺点，就是耐腐蚀性差，为了解决这一问题，医学上采取了表面改性的方法，表面改性主要有等离子喷涂，溶胶-凝胶，电化学沉积等方法。但是由于人体环境的复杂性，要把这种新材料应用于人体还需要进一步的研究。
　　
　　4 结语
　　以上我介绍了几种医用金属合金，还有很多其他种类的合金，例如钴合金，镍钛合金等，医用金属合金有其他材料所不具备的优势，只是有些研究还不太成熟，需要更多的科研工作者继续努力。
　　
　　
　　参考文献
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