Biomateriály na bázi kovů Korozní vlastnosti



Podobné dokumenty
Biomateriály na bázi kovů. L. Joska Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství

Kovové biomateriály III

Nauka o materiálu. Přednáška č.11 Neželezné kovy a jejich slitiny

Koroze kovů. Koroze lat. corode = rozhlodávat

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

42 X X X X. X X Hutní skupina. Pořadové číslo slitiny Sudé tvářené Liché - slévárenské

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Možnosti zpracování a optimalizace vlastností biokompatibilních materiálů na FMMI

Korozivzdorné oceli jako konstrukční materiály (1. díl) Využití korozivzdorných ocelí jako konstrukčního materiálu představuje zejména v chemickém

OCELI A LITINY. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

Konstrukční, nástrojové

Stanovení korozní rychlosti objemovou metodou

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

KOROZNÍ CHOVÁNÍ Mg SLITIN V PROVZDUŠNĚNÉM FYZIOLOGICKÉM ROZTOKU

Neželezné kovy a jejich slitiny. Al, Cu, Ti, Mg, Ni, Mo, Sn, Pb a jejich slitiny

MODERNÍ MATERIÁLY A TECHNOLOGIE PRO VÝROBU ZAŘÍZENÍ URČENÝCH K PRÁCI V KOROZIVNÍM PROSTŘEDÍ

LETECKÉ KONSTRUKČNÍ OCELI

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Co je to korozivzdorná ocel? Fe Cr > 10,5% C < 1,2%

Materiály. ocel litina speciální oceli pérová, nástrojová, rychlořezná nerezové oceli titan tvrdokov ostatní

Úvod do koroze. (kapitola, která bude společná všem korozním laboratorním pracím a kterou studenti musí znát bez ohledu na to, jakou práci dělají)

Inovační vrták pro strojírenský sektor

Galvanický článek. Li Rb K Na Be Sr Ca Mg Al Be Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi As CU Hg Ag Pt Au

KOROZE A TECHNOLOGIE POVRCHOVÝCH ÚPRAV

OK SFA/AWS A 5.11: (NiTi3)

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

Technické informace - korozivzdorné oceli

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

NTI/USM Úvod do studia materiálů Ocel a slitiny železa

HLINÍK. Lehké neželezné kovy a jejich slitiny

Nikl a jeho slitiny. Ing. David Hrstka, Ph.D. -IWE

FÁZOVÉ PŘEMĚNY. Hlediska: termodynamika (velikost energie k přeměně) kinetika (rychlost nukleace a rychlost růstu = celková rychlost přeměny)

Korozivzdorná ocel: uplatnění v oblasti spojovacího materiálu

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

2. Materiály a jejich charakteristiky Austenitické, duplexní, feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzené oceli. Značení, vlastnosti a použití.

PÁJENÍ. Osnova učiva: Druhy pájek. Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: STT první Jindřich RAYNOCH Název zpracovaného celku: PÁJENÍ A LEPENÍ

Koroze. Samovolně probíhající nevratný proces postupného narušování a znehodnocování materiálů chemickými a fyzikálněchemickými vlivy prostředí

NTI/USM Úvod do studia materiálů Slitiny neželezných kovů

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

TÜV NOPRD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny Seznam akreditovaných zkoušek včetně aktualizovaných norem LPP 1 (ČSN EN 10351) LPP 2 (ČSN EN 14242)

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

OK AUTROD SFA/AWS A 5.14: ERNiCrMo-3 EN ISO 18274: S Ni 6625 (NiCr22Mo9Nb)

HLINÍK A JEHO SLITINY

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV MATERIÁLOVÝCH VĚD A INŽENÝRSTVÍ

Výzkum slitin titanu - od letadel po implantáty

Základní stavební částice

ŽÍHÁNÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

ŘADA KOVŮ, LP č. 1 REAKCE KOVŮ

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Základy konzervace pro archeology (UA / A0018) Cvičení průzkum kovových předmětů identifikace kovů

Metody studia mechanických vlastností kovů

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

GALAVANICKÝ ČLÁNEK. V běžné životě používáme název baterie. Odborné pojmenování pro baterii je galvanický článek.

TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/9, Brno

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Mezikrystalová koroze

Studentská vědecká konference 2005

Zdroj: Bioceramics: Propertie s, Characterization, and applications (Biokeramika: Vlastnosti, charakterizace a aplikace) Překlad: Václav Petrák

Nástrojové oceli. Ing. Karel Němec, Ph.D.

Druhy ocelí, legující prvky

Svařovací dráty TIG MMA

Prvky 8. B skupiny. FeCoNi. FeCoNi. FeCoNi

CENTRUM VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ ODBORNÝCH ŠKOL

HSS Technické frézy z HSS (Ø stopky 6 mm)

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Koroze pivních korunek I - struktura II - technologie

Kovové prvky v periodické soustavě

SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

42 28XX nízko středně legované oceli na odlitky odlévané jiným způsobem než do pískových forem 42 29XX vysoko legované oceli na odlitky

Revizní systémy. Katalog revizních implantátů

4. KOVOVÉ MATERIÁLY A JEJICH ZPRACOVÁNÍ. 4.1 Technické slitiny železa Slitiny železa s uhlíkem a vliv dalších prvků

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 14,0 % 0,4 % 0,1% 0,4% 0,5%

Technický list. Přechodový samolepící profil. Výrobce: HAVOS s.r.o. Základní materiálové složení. Technické parametry

1 Moderní nástrojové materiály

Kovy a metody jejich výroby

Klasifikace a značení podle mezinárodní normy ISO 17672

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

Technický list. Ochranný profil (nerez)

Minule vazebné síly v látkách

5/ Austenitické vysokolegované žáruvzdorné oceli

dělení materiálu, předzpracované polotovary

KAPITOLA 9: KOVY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

MĚĎ A JEJÍ SLITINY. Neželezné kovy a jejich slitiny

VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE

III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

Úpravy povrchu. Pozinkovaný materiál. Zinkový povlak - záruka elektrochemického ochranného působení 1 / 16

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.1 Konstrukční materiály

Fe Fe 3 C. Metastabilní soustava

Použití výrobku Profil se používá jako dekorační prvek do obkladových ploch za použití keramických obkladů a dlažeb.

Transkript:

Biomateriály na bázi kovů Korozní vlastnosti

Korozní odolnost koroze v elektrolytech (tělní tekutiny - sinoviální tekutina, sulkulární tekutina, sliny). Fyziologický roztok 0,9% NaCl (154 mmol/l). rovnoměrná koroze - zanedbatelná z hlediska ztráty mechanických parametrů rovnoměrná koroze - reakce organismu

Projev rovnoměrné koroze

MINIMALISTICKÝ ZÁKLAD KOROZNÍ TEORIE

Termodynamický popis koroze (koroze není rovnováha stacionární stav!) charakterizace acidobazicity prostředí ph = -log a(h + ) charakterizace oxidační schopnosti prostředí: elektrochemický potenciál G = -nfe diagramy potenciál-ph

E Oblast stability vody O 2 + 4H + + 4e = 2H 2 O O 2 + 2H 2 O + 4e = 4OH - 2 1 2H + + 2e = H 2 2H 2 O + 2e = H 2 + OH - 0 vliv P a elektrodových dějů -1-2 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 ph

Korozní odolnost na bázi imunity

Korozní odolnost na bázi pasivity

Korodující kov

Tělní tekutiny

Voda

Zlato

Platina

Palladium

Titan

Tantal

Zirkonium

Vanad

Hořčík

Kinetika korozních dějů Mg

Hořčík Vodík!

Pasivita

Nerovnoměrné formy koroze koroze štěrbinová koroze makročlánky (koroze vlivem galvanických článků) selektivní koroze korozní praskání

Koroze štěrbinová

Štěrbinová koroze

Praskání vyvolané prostředím

Korozně-únavové vlastnosti - izoelastická protéza kyčelního kloubu - vyřazena z použití pro vadné konstrukční řešení

Intenzifikace koroze vlivem makročlánku

Kovové biomateriály Přehled

Materiály na bázi obecných (neušlechtilých) kovů oceli slitiny na bázi kobaltu tantal titan a slitiny biodegradovatelné slitiny na bázi hořčíku

Základní vlastnosti kovů a slitin užívaných jako biomateriály

Diagram železo-uhlík

Strukturní složky ocelí Kalení - tvrdost, pevnost Ferit - tuhý roztok uhlíku v železe a (kubická tělesně středěná) martenzitická přeměna Austenit - tuhý roztok uhlíku v železe g (kubická plošně středěná) Martenzit - přesmyk mřížky austenitu (tetragonální tělesně středěná mřížka) martenzitická ocel

Vliv legování na strukturu legování niklem legování chromem

Diagram Fe-Cr-0,1%C

Oceli austenitické chrom-nikl-(molybden) oceli (významná korozivzdornost) chirurgie - implantáty velkých kloubů, dlahy atd. feritické, martenzitické chromové oceli (významná pevnost, pružnost) stomatologie - ortodoncie obecně - nástroje

Typy ocelí legované chromem oceli vytvrditelné precipitací karbidů oceli kalitelné - martenzitické (např. 0,15%C, 12-18%Cr, 1%Si) namáhané komponenty pro krátkodobější styk s organizmem nástroje skalpely, háky atd.

Ocel na chirurgické nástroje Ocel: C (0,45%), Cr (15%)

Ocel na chirurgické nástroje Ocel: C (0,4%), Cr (15%), Mo (1,0-2,5), Ni (<1), V (<1,5), N (0,1-0,3)

Typy ocelí Austenitické (korozivzdorné) oceli AISI 316L (ČSN 17350) -18Cr12Ni3Mo (typicky 0,03%C, 16-20%Cr, 10-14%Ni, 3-4%Mo)

Slitiny na bázi kobaltu 1924 - narušeno dominantní postavení slitin zlata ve stomatologii kobaltová slitina Stellite výborná biokompatibilita v současnosti Vitallium ASTM F75 litá - Co; Cr 27-30%; Mo 5-7%; C 0,35% ASTM F90 tvářená Co; Cr 19-21%; Mo 5-7%; W 14-16%; C 0,05-0,15% zpevňují na základě tvorby karbidů výborná biokompatibilita a korozní odolnost PROBLÉM Wironium plus (Bego) (Co62,5Cr 29,5Mo1C 0,17) sedmdesátá léta 20. století nestabilita v zemích dodávajících kobalt a chrom

Titan a slitiny biokompatibilita mechanické vlastnosti technologicky zvládnutý (afinita ke kyslíku) Ti rudy obecně dostupné (výrazně menší nebezpečí nedostatku a extremního kolísání cen) implantáty velkých kloubů, implantáty ústní, kořenové čepy

Titan a slitiny Orientační obsah [%] Označení Fe O Minimální R 0,2 [MPa] Grade 1 0,2 0,1 180 Grade 2 0,25 0,2 250 Grade 3 0,3 0,25 320 Grade 4 0,35 0,3 390 Slitina Al V Ti6Al4V 5,5 6,8 3,5 4,5 900 Ti6Al4V - zpevňuje na základě precipitace Ti 3 Al (max. obsah Al 8% - křehkost). Navržena pro letectví a kosmickou techniku. Koncentrace vanadu lokálně 20-25% - toxicita!!! Další vývoj - b slitiny

b slitiny titanu

b slitiny titanu hexagonální vs. kubická tělesně centrovaná struktura b slitiny vytvrditelné precipitací a titanu tvářitelnost, nízký modul pružnosti, modifikovatelné mechanické vlastnosti TiZrNbTa - netoxické legury, modul pružnosti na úrovni 65 GPa, slitiny vytvrditelné, další mechanické vlastnosti srovnatelné s TiAlV b c - nutná koncentrace prvku pro udržení b struktury (po rychlém ochlazení)

Slitiny s tvarovou pamětí ortodoncie - rovnátka chirurgie spony, stenty Příklad: Ti 50%at. Ni 50%at.

Tantal biokompatibilní vysoká korozní odolnost nedostatečné mechanické vlastnosti pro velké implantáty porezní vrstvy snazší tvorba a kotvení kostních buněk

Tantal příklady použití Zimmer, Warsaw, IN, USA

Biodegradovatelné slitiny na bázi hořčíku první pokus v roce 1907 zlomenina fixovaná hořčíkovou destičkou upevněnou pozlacenými šrouby destička vydržela celých 8 dní AZ slitiny AZ31 (3 %hm. hliník, 1 %hm. zinek) a AZ91 (9 %hm. hliník, 1 %hm. zinek) vysoká korozní rychlost legování vzácnými zeminami Sc, Ce, Gd, Y hořčíkové pěny

Přehled materiálů užívaných ve stomatologii

Využití kovů v současné stomatologii výplně - amalgám, stříbro, zlato náhrady chrupu - pevné, vyjímatelné slitiny zlata, CoCrMo, slitiny Ni úprava chrupu ortodoncie - oceli chirurgické zásahy - fixační pomůcky slitiny titanu, korozivzdorné oceli Zdroj: katalog firmy Bego

Historie extrakce - základní způsob léčby zlaté korunky a můstky - Etruskové před 2500 roky, později upadlo v zapomnění náhrada zubů - šířeji v 16. století (královna Alžběta I, zakrývání mezer látkou) 1790 - George Washington - v době zvolení měl 1 zub materiál - zlato, slonovina, hroší a lidské zuby špatná fixace - vyjímání před jídlem amalgám - v Evropě nalezen v chrupu ženy pochované v roce 1601 1873 - patentována zlatá korunka 1885 - patentována korunka užívající porcelán nanesený na platinový základ 1890 - patent na snímatelný můstek ~1900 - metalurgický základ moderního dentálního amalgámu sv. Apolena patronka dentistů

Současnost v Maroku (náměstí Jemaa el-fna, Marakesh)

Stomatologická ambulance (Chengdu, Čína) stomatologie v přímém přenosu

Slitiny na bázi niklu od 1955 alternativa slitin kobaltu ve stomatologii od 1960 lité korunky kryté keramikou (v současnosti stále desítky procent produkce) velmi široké spektrum složení a vlastností biotolerance Heranium NA (Heraeus-Kulzer) (Ni 59,3%;Cr 24,0%; Mo 10,0%)

Fázové diagramy Ni-Cr-Mo

Titan a slitiny - implantologie

Implantáty

Titan a fluoridy

E [V/SHE] Rp [k.cm 2 ] Obnova povrchu po expozici ve fluoridovém prostředí -0.2 3000-0.4 2000-0.6-0.8-1 potenciál polarizační odpor 0 10 20 30 40 50 t [h] 1000 0 Potenciál a polarizační odpor v modelovém roztoku slin po předchozí expozici ve fyziologickém roztoku s ph=4,2 a 5000ppm F -

Stav povrchu Ti grade 2 výchozí stav Ti grade 2 - expozice 15min ve FR ph 4,2; 5000ppm F - a 60 min v MS

Stomatologické speciality - zlato, palladium, amalgám

Zlato Excelentní korozní odolnost Excelentní tvářitelnost a slévárenské vlastnosti Biologický odstín korunek krytých keramikou Excelentní cena Použití ryzího zlata vtepávané výplně (folie)

Ušlechtilé (ISO 1562: min. 75% zlata a platinových kovů) a poloušlechtilé slitiny (ISO 1562: 25-75% zlata a platinových kovů)

Dentální amalgám materiál vytvářený ze slitiny AgCuSn(Zn.) a rtuti nízkoměďnaté (slitina) výšeměďnaté (směs) výšeměďnaté (slitina)

Dentální amalgám Složení slitiny [%] poměr Materiál Ag Sn Cu Hg slitina:hg nízkoměďnatý 70,3 22,4 4,1 3,2 1,09 výšeměďnatý směsný 70,0 14,7 12,3 3,0 1 výšeměďnatý směsný 43,2 29,7 24,9 2,2 1 výšeměďnatý ternární 60,0 28,0 12,0-1,35

Strukturní fáze fáze g složení Ag 3 Sn g 1 Ag 2 Hg 3 g 2 Sn 7-8 Hg h Cu 6 Sn 5 e Cu 3 Sn

Mikrostruktury

Mikrostruktury výchozí slitina

Mikrostruktury AgHg fáze

Mikrostruktury SnHg fáze globulární zrna eutektika AgCu reakční prstence

In vivo exponovaný směsný amalgám

Uvolňování rtuti

Hg v lidském organismu

Hg v orgánech

Snížení rychlosti uvolňování rtuti - - příklad pozitivního působení koroze

Hg

Sn

j [A/cm 2 ] Elektrochemické chování fáze Ag 2 Hg 3 (Sn, rozpustnost až do 2,4% hm.) -3.5E+00-4.0E+00 gamma 1 gamma 1 (0.5%Sn) -4.5E+00-5.0E+00-5.5E+00-6.0E+00-6.5E+00-7.0E+00-7.5E+00-1.000-0.800-0.600-0.400-0.200 0.000 0.200 0.400 E [V (ACLE)]

v Hg [ g/(cm2.hour)] Uvolňování rtuti 0.7 10 days 0.6 45 days (R2=0,587) 540 days (R2=0,627) L A3 0.5 A1 LC 0.4 A2 0.3 G1 0.2 G2 0.1 0 42 44 46 48 50 52 Hg [%]

Doplněk (nad kterým zůstává rozum stát)

Destrukce kořene zubu

Destrukce kořene zubu

Destrukce kořene zubu Skvrna obsahuje 16 %hm. železa! 3 0 0 Ca Vznik korozních produktů železa znamená nárůst objemu 2-3x oproti původnímu kovu. 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 Ca Si Fe Zn 50 Fe K Fe Zn Zn K 0 k e V 0 5 10 15 20 Korozní produkty železa z výztuže v předpjatém betonu destruují beton.

Sanace zubu nevhodným materiálem

Sanace zubu nevhodným materiálem Stříbro detekovatelné ve vzdálenosti 1,3 mm pod okrajem korunky Měď byla detekována ve vzdálenosti 3,5 mm pod okrajem korunky energiově disperzní RTG analýza slitina Konstrulit (AgCu16)

Zcela nejasný důvod

Přesto objasněný

Zdroje Co

Obsah Au+Pt kovů >75% Au + Pt kovy Au Pt Pd Ag Cu 1Pt 95-97 80-85 5-11 3,4-4,4 3-5 0 2Pt 95 70 7,5 15 5 0 3Pt 98-99 82,6-86,0 9,7-10,4 0-2,2 0 0 4Pt 82,9-97,4 73,8-84,4 8,0-9,0 5,0-8,9 1,2-9,2 0 1 88,6 87,5 0,3-1,4 1 11,5 0 2 80,5-81,2 75,7-79,3 0-2,4 1,6-3,3 12,3.20,5 4,1-6,5 3 78,0-78,5 74,0-74,4 4,4-12,9 2,0-3,5 9,-13,5 7,0-11,5 4 75,5-80,0 65,5-71,0 5-11 0-2 10-14 8,2-10,0 1 4 klesá tažnost, roste tvrdost

Obsah Au+Pt kovů 25-75% Au Pd Ag Cu ostatní Aurix L 65 3 20 10 Zn Aurosa 20 20 45 14 Palargen L - 40 57 Zn