[發(fā)明專利]一種醫(yī)用無鎳高氮不銹鋼材料及其制備和應用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610046658.1
• 申請日: 2006-05-24
• 公開（公告）號: CN101077425A
• 公開（公告）日: 2007-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 任伊賓;楊柯;張炳春;楊慧賓;肖克沈
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: A61L27/04
• 分類號: A61L27/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)用植入不銹鋼材料，具體地說是一種醫(yī)用無鎳高氮不銹鋼材料及其制備和應用。

背景技術

醫(yī)用植入不銹鋼是生物醫(yī)用材料中應用最多、最廣的一類材料，但是其中通常含有毒性鎳(Ni)元素。例如目前臨床上常用的醫(yī)用316L不銹鋼含鎳為10-14％，在其植入人體以后，由于腐蝕或磨損等原因造成其表面的鈍化層或保護層發(fā)生破壞時，其中金屬鎳離子很容易富集于植入物附近的組織中，影響生物體的正常代謝。鎳元素是一種潛在的致敏因子，對生物體有致畸、致癌的危害性，很早就有關于鎳過敏和癌變方面的報道，鎳離子在生物體內植入物附近的富集可以誘發(fā)毒性效應，發(fā)生細胞破壞和發(fā)炎反應。

西方許多國家針對鎳的危害，早已制定和頒布相關文件和標準來限制生物醫(yī)用金屬中的鎳含量。因此針對醫(yī)用不銹鋼的應用廣泛性和其中鎳的危害性，研究和發(fā)展性能優(yōu)良(不低于目前普遍應用的鎳鉻醫(yī)用不銹鋼)的醫(yī)用無鎳不銹鋼成為必然趨勢。

氮是鋼中強烈的奧氏體形成元素，在一些鋼中作為有益元素加入，可以顯著地提高鋼的力學性能和耐蝕性能。因此氮作為合金化元素而應用于各類不銹鋼、耐熱鋼中，以取代并節(jié)省昂貴的鎳元素。由于奧氏體不銹鋼中鎳對人體的毒副作用以及對高氮不銹鋼的深入研究，最近幾年國內外許多研究者提出將高氮含量的Cr-Mn-N無鎳奧氏體不銹鋼應用于生物醫(yī)學。他們指出，這種不銹鋼具有優(yōu)良的強韌性組合，良好的抗腐蝕能力，特別是抗點蝕和晶間腐蝕，而且具有較高的耐磨性，最重要的是鋼中不含鎳元素，從而可避免鎳元素在人體內的溶出造成的致敏性及其它組織反應(發(fā)炎、致畸、致癌等)。目前美國已將高氮奧氏體不銹鋼作為外科植入物列入到ASTM標準中。因此性能優(yōu)良的醫(yī)用高氮無鎳奧氏體不銹鋼將是醫(yī)用金屬材料發(fā)展的一個重要趨勢。

在國內中國科學院金屬研究所率先開展了氮強化奧氏體無鎳不銹鋼的研究，授權專利是“一種醫(yī)用植入奧氏體不銹鋼材料”(專利號：03110896.2)，所保護的醫(yī)用無鎳奧氏體不銹鋼氮含量在0.4％～0.7％(質量含量)，其表現(xiàn)出良好的力學性能和生物學相容性，但是其耐蝕性仍然有待提高，而耐蝕性能是生物醫(yī)用植入材料重要的性能之一。

隨著冶煉技術的發(fā)展，國內各達鋼鐵企業(yè)都相繼研究開發(fā)了高氮含量的不銹鋼制備和生產(chǎn)工藝，并逐漸完善，因此具有更優(yōu)力學性能及耐蝕性能的醫(yī)用無鎳奧氏體高氮不銹鋼的開發(fā)和應用將進一步推動國內生物醫(yī)用材料的發(fā)展。

發(fā)明內容

研究表明氮是有效提高奧氏體不銹鋼耐蝕性的重要元素之一，鋼中加入的氮元素與鉬元素在一起相互作用能顯著提高不銹鋼的耐腐蝕性能，特別是其耐點蝕性能，抗點蝕能力隨著氮元素的提高而顯著提高。這也可用點蝕經(jīng)驗公式來說明：PREN(Pitting?Resistance?Equivalent?Number)≈％Cr+3.3％Mo+(13～37)％N+4.5(％Mo)(％N)，因此通過提高鋼中氮含量即可有效改善無鎳奧氏體不銹鋼的耐蝕性能。

本發(fā)明的目的是提供一種耐蝕性能好的生物醫(yī)用植入不銹鋼材料，其不含毒性鎳元素，具有優(yōu)良的強韌性組合，且價格相對低廉，是無鎳高氮含量的奧氏體不銹鋼。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種醫(yī)用無鎳高氮不銹鋼材料，按重量百分比計其化學成分包括，鉻Cr：17～24，錳Mn：12～20，鉬Mo：1～3，銅Cu：0.5～1.0，氮N：0.71～1.20，碳C≤0.03，鐵Fe：余量。

按重量百分比計，其中殘余元素包括，鎳Ni≤0.02，硅Si≤0.75，硫S≤0.010，磷P≤0.025。

本發(fā)明所提供的醫(yī)用植入奧氏體不銹鋼中，應控制鎳≤0.02(wt)％，其余雜質元素含量均滿足外科植入不銹鋼通用技術規(guī)范要求。

本發(fā)明醫(yī)用無鎳高氮奧氏體不銹鋼由于拋棄了貴重的鎳元素，所以廉價的氮元素是其中重要的奧氏體化合金元素，氮的奧氏體化能力大約是鎳的20-30倍，氮元素的增加同時還可有效提高不銹鋼的耐蝕性。為保證鋼的單一穩(wěn)定奧氏體結構、優(yōu)良的力學性能和高的耐蝕性，氮含量應控制在0.7(wt)％以上，鋼中加入太多的氮容易在冶煉澆鑄時形成皮下氣孔，而且容易造成氮化物析出而影響到力學性能和耐蝕性，建議氮含量控制在1.20(wt)％以下。

碳也是重要的奧氏體化元素，但過多的碳會嚴重影響鋼的塑性和耐蝕性，因此碳含量應嚴格控制在0.03(wt)％以下。

錳是一種較弱的奧氏體化元素，可增加氮在鋼中的溶解度，因此應至少有12(wt)％以上的錳元素，但過多的錳元素影響鋼的性能，所以錳應控制在20(wt)％以下。