मेडिकल टाइटेनियम का प्रदर्शन विश्लेषण

एक महत्वपूर्ण कार्यात्मक सामग्री के रूप में, टाइटेनियम धातु का उपयोग कम घनत्व, उच्च विशिष्ट शक्ति और अच्छे संक्षारण प्रतिरोध के फायदे के लिए एयरोस्पेस, ऊर्जा उद्योग, चिकित्सा आपूर्ति और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है। मेडिकल टाइटेनियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास को मोटे तौर पर तीन अवधियों में विभाजित किया गया है:

पहली अवधि को शुद्ध टाइटेनियम और Ti{0}}AI-4V द्वारा दर्शाया गया है; दूसरी अवधि को {{2}प्रकार की मिश्रधातुओं, Ti{3}A1-2.5Fe और Ti{6}Al{7}Nb; द्वारा दर्शाया गया है; और तीसरी अवधि को रक्षा की मुख्य पंक्ति के रूप में बेहतर जैविक गुणों और कम लोचदार मापांक के साथ-प्रकार के टाइटेनियम मिश्र धातुओं के विकास द्वारा दर्शाया गया है। नई टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री का अनुप्रयोग मुख्यधारा के चिकित्सा उपकरण विकास की वर्तमान दिशा होगी।

चीन में मेडिकल टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री पर अनुसंधान 1970 के दशक में शुरू हुआ, नॉर्थवेस्ट नॉनफेरस मेटल्स रिसर्च इंस्टीट्यूट ने Ti-2.5Al-2.5Mo{5}}.5Zr (TAMZ) विकसित किया, और 1990 के दशक में Ti{8}Al-4V, Ti-Al-2.5Fe और Ti{{13}Al-7Nb सामग्रियों के स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकारों के साथ विकसित किया गया है। चीनी विज्ञान अकादमी ने एक नया टाइटेनियम मिश्र धातु Ti-24Nb-4Zr-7.6Sn भी विकसित किया है। मुख्य दिशा के सक्रिय अनुप्रयोग के लिए नई सामग्रियों और टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्रियों के माध्यम से चीन के टाइटेनियम मिश्र धातुओं का वर्तमान विकास।

I. टाइटेनियम का क्षरण

टाइटेनियम एक थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर धातु है, निष्क्रियता क्षमता अधिक नकारात्मक है, मानक इलेक्ट्रोड क्षमता -1.63V है। इसलिए, वायुमंडल और जलीय घोल में निष्क्रियता गुणों, बेहतर संक्षारण प्रतिरोध के साथ ऑक्सीकृत फिल्म की एक परत बनाना आसान है।

1, विभिन्न मीडिया में टाइटेनियम संक्षारण प्रतिरोध

चिकित्सा सामग्रियों के संक्षारण प्रतिरोध का अध्ययन करना काफी महत्वपूर्ण है। एक ओर, प्रत्यारोपित सामग्री के कुछ धातु आयन या संक्षारण उत्पाद जीव के ऊतकों में प्रवेश करते हैं, जो विभिन्न डिग्री की शारीरिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर कर सकते हैं; दूसरी ओर, शरीर के तरल पदार्थों की उपस्थिति के कारण, कुछ सामग्रियों का प्रदर्शन गंभीर रूप से कम हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप तेजी से क्षति हो सकती है या विफलता भी हो सकती है। मानव शरीर का अपेक्षाकृत जटिल वातावरण ट्रेस तत्वों के विघटन और ऑक्साइड परत की स्थिरता को बदलने की अधिक संभावना है। थोड़ा सा घर्षण टाइटेनियम सतह पैसिवेशन फिल्म के गठन को अलग-अलग डिग्री की क्षति का सामना कर सकता है, जैसे कि ऑक्सीजन-गरीब वातावरण में, ऑक्साइड परत की स्थिरता कमजोर हो जाती है, क्षतिग्रस्त होने पर तुरंत मरम्मत नहीं की जा सकती है या एक नई ऑक्साइड परत का निर्माण हो सकता है। , जंग लगने की अधिक संभावना है। मानव शरीर की बार-बार होने वाली गतिविधियों और उपकरणों के उपयोग में यह स्थिति लगभग अपरिहार्य है। प्लास्टिक विरूपण सामग्री की संगठनात्मक स्थिति को बदल देगा, जो बदले में सामग्री के संक्षारण प्रदर्शन को प्रभावित करेगा। सामग्री के संक्षारण प्रदर्शन पर प्लास्टिक विरूपण की विभिन्न डिग्री बहुत भिन्न होती है। प्लास्टिक विरूपण की प्रक्रिया में, आंतरिक तनाव की एकाग्रता के कारण इंटरफ़ेस और अनाज दोष उत्पन्न होते हैं, इसलिए, प्लास्टिक विरूपण सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध को कमजोर कर देगा।

2, टाइटेनियम संक्षारण तंत्र

टाइटेनियम आईवीबी समूह का एक संक्रमण तत्व है, इसकी रासायनिक प्रकृति अधिक सक्रिय है, और ऑक्सीजन में इसका बड़ा संबंध है। किसी भी ऑक्सीजन युक्त माध्यम में, टाइटेनियम की सतह पर सघन पैसिवेशन फिल्म बनाना आसान होता है, पैसिवेशन फिल्म बेहद पतली होती है, इसकी मोटाई आमतौर पर कुछ नैनोमीटर से लेकर दसियों नैनोमीटर तक होती है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं पर एक पैसिवेशन फिल्म की उपस्थिति के परिणामस्वरूप सतह सक्रिय विघटन के क्षेत्र में कमी आती है और विघटन दर धीमी हो जाती है, इस प्रकार विघटन से होने वाली क्षति का प्रतिरोध होता है। इसके अलावा, पैसिवेशन फिल्म स्वचालित मरम्मत में भी सक्षम है, क्षतिग्रस्त होने पर, जल्दी से एक नई सुरक्षात्मक फिल्म बना सकती है। परिणामस्वरूप, टाइटेनियम में अच्छा संक्षारण प्रतिरोध होता है। जीवित जीवों में प्रत्यारोपित टाइटेनियम धातु, संक्षारण के रूप को छिद्र संक्षारण, तनाव संक्षारण, दरार संक्षारण, गैल्वेनिक युग्मन संक्षारण और टूट-फूट संक्षारण में विभाजित किया जा सकता है।

2.1 तनाव क्षरण

तनाव संक्षारण धातु के टूटने की घटना है जब तन्य तनाव और संक्षारण एक साथ कार्य करते हैं। सामान्य प्रक्रिया है: तन्य तनाव की भूमिका ताकि धातु की सतह पर उत्पन्न सुरक्षात्मक फिल्म टूटना शुरू हो जाए, पिटिंग जंग या दरार जंग दरार स्रोत का गठन, विकास की अनुदैर्ध्य गहराई तक, एक ही समय में, तन्य तनाव की भूमिका से सुरक्षात्मक फिल्म बार-बार टूट सकती है, दरार के तन्य तनाव की दिशा में लंबवत का निर्माण हो सकता है, या यहाँ तक कि टूटना भी हो सकता है।

2.1.1 टाइटेनियम मिश्र धातु के तनाव क्षरण को प्रभावित करने वाले कारक

टाइटेनियम मिश्र धातु पर एससीसी की घटना तीन कारकों की संयुक्त कार्रवाई का परिणाम है: पर्यावरण, तनाव और सामग्री, एससीसी अत्यधिक चयनात्मक है, जब तक कि उपरोक्त तीन कारकों में से किसी एक को बदलना है, एससीसी घटित नहीं होगी।

(1) पर्यावरण

(1) मध्यम

टाइटेनियम मिश्र धातु कई जलीय घोलों, आसुत जल, कार्बनिक घोलों और गर्म लवणों आदि में एससीसी से गुजर सकती है। एससीसी का तंत्र विभिन्न मीडिया में समान नहीं है।

(2)पीएच मान

टाइटेनियम मिश्र धातु एससीसी प्रभाव के पीएच मान पर काफी असहमति है। सामान्य तौर पर, पीएच मान में वृद्धि के साथ, टाइटेनियम मिश्र धातु एससीसी संवेदनशीलता कम हो जाती है, जब पीएच मान 13-14, अक्सर एससीसी को बाधित कर सकता है, लेकिन एससीसी में स्थानीय दरारों के सामने परिवर्तन एक मजबूत संक्षारक भी बना सकता है 2-3 के pH मान का वातावरण।

(3)संभावना

एससीसी की डिग्री पर क्षमता का प्रभाव महत्वपूर्ण है। संक्षारण प्रणाली की मिश्र धातु और मध्यम संरचना अलग है, इसकी एससीसी संवेदनशील क्षमता अलग है। जैसे कि बी-टाइटेनियम मिश्र धातु जिसमें जलीय घोल में हैलाइड होते हैं, जब क्षमता -600एमवी के आसपास होती है, एससीसी में वृद्धि होती है; अति-निष्क्रिय क्षमता में दरारें भी उत्पन्न होनी चाहिए; लेकिन -1000mV से कम क्षमता में दरार नहीं पड़ती है। सीएल- और बीआर- युक्त जलीय घोल में, Ti8Al1Mo1V की SCC संवेदनशील क्षमता {{9}mV{{10}}mV है, जबकि I- वाले जलीय घोल में 0mV या अधिक है संवेदनशील संभावित क्षेत्र.

(4)तापमान

तापमान टाइटेनियम मिश्र धातुओं के एससीसी को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। सामान्यतया, तापमान बढ़ता है, एससीसी संवेदनशीलता बढ़ती है। डिग्री गर्म नमक-वायु वातावरण में, Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn मिश्र धातु तनाव संक्षारण 450 डिग्री पर या SCC के प्रति अधिक संवेदनशील। H2S+CO2+NaCl+S के घोल में Pd या Mo की एक निश्चित मात्रा के साथ Ti6Al4V मिश्रधातु 250 डिग्री की तुलना में 200 डिग्री पर SCC के प्रति कम संवेदनशील थे। हालाँकि, मानव शरीर में प्रत्यारोपित सामग्री की तापमान संवेदनशीलता सीमित है।

(5)सीएल-आयन सांद्रता

घोल में सीएल-सांद्रण जितना अधिक होगा, उसकी एससीसी संवेदनशीलता उतनी ही अधिक होगी।

(2) तनाव

कोल्ड वर्किंग, फोर्जिंग, वेल्डिंग, हीट ट्रीटमेंट या मिश्रधातुओं के संयोजन के दौरान उत्पन्न अवशिष्ट तनाव के कारण होने वाली एससीसी दुर्घटनाएँ कुल एससीसी दुर्घटनाओं का 40% होती हैं। इसके अलावा, काम के दौरान या संक्षारण उत्पादों के आयतन प्रभाव के कारण उत्पन्न बाहरी तनाव या संक्षारण उत्पादों के आयतन प्रभाव के कारण असमान तनाव, आदि सभी तनाव के स्रोत हैं जो एससीसी उत्पन्न करते हैं। तनाव का स्तर जितना अधिक होगा, एससीसी होने का समय उतना ही कम होगा।

3) सामग्री

एक ही पर्यावरणीय माध्यम में, यदि सामग्री की रासायनिक संरचना, पृथक्करण, संगठन, अनाज का आकार, क्रिस्टल दोष, गुण, गर्मी उपचार और सतह की स्थिति इत्यादि भिन्न हैं, तो इसका तनाव संक्षारण व्यवहार और डिग्री भी भिन्न होती है। टाइटेनियम मिश्र धातुओं में पीडी, मो या आरयू की थोड़ी मात्रा मिलाने से उनकी तनाव संक्षारण संवेदनशीलता कम हो सकती है। पीक एजिंग द्वारा उपचारित Ti6Al4V और Ti15V3Cr3Al3Sn मिश्र धातुओं की SCC संवेदनशीलता एनील्ड अवस्था की तुलना में अधिक है। जब Ti6Al4V मिश्रधातु में ऑक्सीजन की मात्रा 0.13% से कम होती है, तो SCC संवेदनशीलता बहुत कम हो सकती है।

2.1.2 सामान्य समाधान

एक निश्चित माध्यम में टाइटेनियम मिश्र धातुओं की एससीसी संवेदनशीलता को खत्म करने या कम करने के लिए, निम्नलिखित समाधानों का उपयोग किया जा सकता है।

(1) अवशिष्ट तनाव को दूर करें

भागों के निर्माण के बाद उत्पन्न स्थानीय अवशिष्ट तनाव को समाप्त करने के लिए संपूर्ण एनीलिंग या स्थानीय एनीलिंग विधि के माध्यम से समाप्त किया जा सकता है। इस समय सामग्री की ताकत, प्लास्टिसिटी या कठोरता पर गर्मी उपचार के नकारात्मक प्रभाव पर विचार करना चाहिए।

(2) मिश्रधातु बनाना

पारंपरिक मिश्र धातुओं के लिए, इसके एससीसी प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए मिश्र धातु में स्थिति के अनुसार पीडी, एमओ या आरयू की उचित मात्रा जोड़ें।

3)सतह उपचार

टाइटेनियम मिश्र धातुओं की सतह की गुणवत्ता में सुधार करके, सामग्री की जैव-अनुकूलता और पहनने के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए, क्रैकिंग के समय और गति को कम और विलंबित किया जाता है।

2.2 दरार संक्षारण

When the medium in the metal parts and metal or non-metallic gap between the formation of the gap, can make the gap in the metal to accelerate corrosion, known as crevice corrosion. Crevice corrosion is a localized corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidizing substances within the crevice, so that it becomes anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. In general, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, pH value decreases; ③ activation and dissolution of the passivation film until it is completely destroyed. It is found that in 37℃ Hanks' solution, the crevice corrosion degree of the material in descending order: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti; हैंक्स के समाधान में Ti और Ti6AI4V में मजबूत दरार संक्षारण प्रतिरोध है।

2.3 घिसाव संक्षारण

घिसाव संक्षारण माध्यम के संपर्क में धातु की सापेक्ष गति के उच्च वेग के कारण धातु की सतहों का त्वरित क्षरण है। जब टाइटेनियम प्रत्यारोपण डाला जाता है, तो ऑपरेटिंग उपकरण के साथ एक निश्चित डिग्री का घर्षण होता है, जो सतह पर मौजूद ऑक्साइड फिल्म को नष्ट कर देता है। यदि इस ऑक्साइड फिल्म की समय पर मरम्मत नहीं की गई, तो प्रत्यारोपित धातु और भी खराब हो जाएगी या विफल भी हो जाएगी।

निष्कर्ष

बायोमेडिकल सामग्री आधुनिक नैदानिक ​​चिकित्सा के तेजी से विकास के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री आधार है, 21वीं सदी में सामग्री अनुसंधान का मुख्य विषय है। एक नए प्रकार की संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री के रूप में टाइटेनियम ने काफी प्रगति की है, इसकी बेहतर जैव अनुकूलता और संक्षारण प्रतिरोध के कारण, बायोमेडिसिन के क्षेत्र में इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालाँकि, मानव पर्यावरण में टाइटेनियम के अनुप्रयोग में अभी भी कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है। इसलिए, बायोमेडिकल सामग्रियों के तेजी से विकास को डिजाइन करने और शुरू करने के लिए टाइटेनियम गुणों के विभिन्न पहलुओं पर गहन अध्ययन की आवश्यकता है।