新型生物医用金属材料
1 前言
1.1生物医用金属材料基本概念
1.2生物医学对材料的要求
2 我国生物医用材料产业现状
3 生物医用金属材料
3.1 医用不锈钢
3.2 医用钴基合金
3.3医用钛合金和镍钛形状记忆合金
3.4 医用贵金属和钽、铌 、锆等金属
3.5 新材料开发
4 表面改性和生物镀膜在医用金属材料上的应用
5 医用金属材料目前存在的主要问题及研究发展方向 5.1医用金属材料目前存在的主要问题
5.2 医用金属材料的研究和发展
1前言
1.1生物医用金属材料基本概念
生物医用材料是指用于医疗上能够植入生物体或与生物组织相接合的材料 ,可用于诊断、治疗 ,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷）、生物玻璃和碳素材料以及生物医用复合材料等。
与生物陶瓷及生物高分子材料相比,生物医用金属材料,如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。
1.2生物医学对材料的要求
生物医用金属材料在应用中面临的主要问题 ,是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变 ,前者可能导致毒副作用 ,后者可能导致植入失效 。因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。
医用金属材料作为生物材料的一类 ,其研究和发展要严格满足如下的生物学要求：良好的组织相容性 ,包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等；良好的物理、化学稳定性，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等；易于加工成型 ,材料易于制造；价格适当。
对于植入心血管系统或与血液接触的材料 ,除能满足以上条件外,还须具有良好的血液相容性,即不凝血（抗凝血性好）、不破坏红细胞（不溶血）、不破坏血小板、不改变血中蛋白特别是脂蛋白、不扰乱电解质平衡等。
2 我国生物医用材料产业现状
作为近30年来发展出的一类技术附加值最高的高技术新材料，生物医用材料正在成长为21世纪世界经济的一个支柱性产业。近年我国生物医用材料产业发展很快，尤其是介入支架和骨科器材，发展速度非常快。2008年中国生物医用材料全行业总产值2200亿元, 同比增长15% ；产值超过亿元的企业超过120家，较大
规模的企业已经开始形成（虽与国际相比规模不是很大），部分产品开始出口，来自民间的产业资本投资力度加大；中国生物医学工程科学研究领域取得了很大成果，在国际生物医学工程学术界占有重要地位，中国首次承办世界生物材料大会，标志着我国生物材料已快速登上国际舞台。
国产介入支架从2006年以来开始异军突起，改变了中国介入材料市场被国外产品主导的格局。2008年介入支架的市场持续扩大，应用量达到了30万个，18万例（2007年为15万例），产值达到了40亿元左右，国产支架的市场占有率也持续增加到了60%。目前国内已有4家企业的药物支架获准上市，包括微创医疗器械（上海）有限公司、乐普（北京）医疗器械股份有限公司、山东吉威医疗制品公司、大连垠艺生物材料研制开发有限公司，还有近10家正在临床研究。骨科修复材料研究与产业快速发展，国内科研水平已与国际相差不大。去年，清华大学崔福斋教授等人完成的、具有自主知识产权的纳米晶磷酸钙胶原基骨修复材料获得了“2008年国家技术发明二等奖”，在脊柱修复材料和人工关节2个方面取得重要突破，产品可广泛应用于骨科、口腔科、整形外科等各种骨缺损的修复，目前人工关节的国产化率达到50%左右。
但是我国生物医用材料产业还存在许多问题，一是自创技术的产业化能力差，还占不到世界产值的3%，产品档次还需要大的改进；二是缺乏统一的行业管理与标准。在日趋深化的国际化竞争下，中国生物医用材料行业面临前所未有的压力。
3 生物医用金属材料
生物医用金属材料又称为外科植入金属材料,具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用中最广泛的承力植入材料 。临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钻基合金、钛合金和记忆合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
3.1 医用不锈钢
不锈钢是最早的人体植入材料，用作生物医用材料的不锈钢 ,具有良好的耐腐蚀性能和综合力学性能,且加工工艺简便,比较廉价，是目前生物医用金属材料中应用最多、最广的一类材料。医用不锈钢主要应用丁骨骼系统的置换和修复方
面,此外在齿科、心脏外科、心血管植入支架等方面也得到应用。奥氏体不锈钢 ,特别是316和316L 不锈钢 ,具有比其他不锈钢更好的抗蚀性能,被广泛用作金属植入材料，316L 不锈钢是制作医用人工关节常用金属材料 ,主要用作关节柄和关节头。
医用不锈钢用于生物体内，存在生物相容性及相关问题 ,主要涉及到不锈钢植入生物体后 由于腐蚀或磨损造成金属离子溶出所引起的组织反应等 ,特别是不锈钢中镍离子析出诱发的严重病变（通常奥氏体医用不锈钢均含有 10% 左右的镍）。临床表明316L 不锈钢植入人体后,在生理环境中,有时会产生缝隙腐蚀或摩擦腐蚀以及疲劳腐蚀破裂等问题,并且会因摩擦磨损等原因释放出Ni2 +,Cr3 +和 Cr5 +,从而引起假体松动 ,最终导致植入体失效。对 316L 不锈钢而言 ,提高耐蚀性是关键。钼的加入提高了不锈钢在盐水中的抗蚀性能。瑞典的 Sandvik钢公司制造了两类主要的人体植入物用不锈钢: Sandvik Bioline 316LVM 和 Sand2vik Bioline High - N不锈钢。Sandvik Bioline 316LVM不锈钢是由真空熔炼的加钼合金化的奥氏体系不锈钢 ,它相当于ASTM F138 - 97 Grade 2 和 F139 -96 Grade 2 ;Sandvik Bioline High - N 不锈钢是一种高纯度的高氮含钼奥氏体系不锈钢 ,相当于 F1586- 95不锈钢。
目前,在工业制品等方面广为应用的不锈钢大都含有一定数量的镍 ,如果作为医疗器具而埋入人体内部,接触人体组织时就有可能发生金属过敏问题。因此 ,日本的物质材料研究所(筑波市)开发了一种不含镍的硬质不锈钢的简易生产方法，该方法首先将软质的无镍不锈钢加工成所要求的形状后 ,加热到高温进行渗氮处理 ,可使其强度和硬度提高 1. 4 倍左右，这样生产的无镍不锈钢解决了原来难以加工而制造成本太高的问题。利用此法生产的无镍不锈钢 ,生产成本低廉 ,有望广泛用于医疗领域。近些年低镍和无镍的医用不锈钢正逐渐得到发展和应用。
由于对高氮不锈钢的深入研究 ,低镍和无镍Cr-Mn-N型奥氏体不锈钢的研究又引起人们的兴趣 。一些研究者提出把高氮含量的Cr-Mn-N奥氏体不锈钢应用于生物医学,他们指出这种不锈钢具有良好的抗腐蚀能力,特别是抗点蚀和晶间腐蚀 ,而且具有较高的耐磨性 ,重要的是钢中没有镍元素 ,从而可避免镍元素在人体内析出造成的致敏性及其它组织反应 。最近国内外研究者已经研究和正在研究的医用无镍或低镍奥氏体不锈钢。这类不锈钢由于加人大量的氮元素来
稳定和强化奥氏体,降低了钢的成本。无镍或低镍高氮奥氏体不锈钢具有优良的综合力学性能和抗蚀性能,在许多性能方面相当于或超过现有的医用不锈钢,当然其进一步研究和临床应用还有许多工作要做 。
3.2 医用钴基合金
医用钴基合金也是医疗中常用的医用金属材料,相对不锈钢而言,医用钴基合金更适合于制造体内承载条件苛刻的长期植入件。但是由于钴基合金价格较贵 ,并且合金中的Co、Ni元素存在着严重致敏性等生物学问题, 应用受到一 定的限制 ,近些年通过表面改性技术来改善钴基合金的表面特性,有效提高了其临床效果 。
钴基合金通常指Co-Cr 合金,有 Co-Cr-Mo和 Co-Ni-Cr-Mo 合金2 种基本牌号。锻造加工的 Co-Ni-Cr-Mo 合金是一种新材料 ,用于制造关节替换假体连接件的主干 ,如膝关节和髋关节替换假体等。美国材料实验协会推荐了 4种可在外科植入中使用的钴基合金 ,它们是:锻造Co-Cr-Mo 合金(F76) ,锻造 Co-Cr-W-Ni 合金(F90),锻造Co-Ni-Cr-Mo 合金(F562) ,锻造Co-Ni-Cr-Mo-W-Fe 合金(F563)。其中锻造Co-Cr-Mo 合金和锻造 Co-Ni-Cr-Mo 合金已广泛用于植入体制造。在人工关节方面 , ISO允许使用制作人工关节部件的钴基合金已达到 6 种,这充分说明钴基合金在人工关节方面有着广泛的应用。另据报导,一种可热处理的、非磁性的钴基合金(Havar 合金)具有很高的强度和优异的抗腐蚀性 ,现已证明其具有医学植入的兼容性。试验表明,Havar 合金对于细胞毒性、系统毒性、皮肤内疼痛、肌肉内的植入、皮肤过敏、溶血作用和热解性都是无害的。
另外通过对钴基合金的热处理，也可改善它的使用性能，如四川大学华西口腔医院的研究人员发现 ,深冷处理可以有效提高钴铬钼高熔铸造合金的抗拉强度,也能有效增强口腔铸造合金的弯曲弹性模量、抗弯强度、 耐磨性和耐腐蚀性。
3.3 医用钛合金和镍钛形状记忆合金
3.3.1医用钛合金
与其他医用金属材料相比,钛合金最显著性能特点是密度较小、弹性模量值较低，约为其他医用金属材料的一半,密度接近人体硬组织,因此在骨科领域应用
较广。20 世纪50 年代美国和英国首先将纯钛用于生物体。1973 年,北京有色金属研究总院与天津市骨科医疗器械厂合作,生产了300 个钛人工股骨和髋关节,并用于临床。后来,人们发现Ti-6Al-4V 合金的性能优于纯钛, Ti-6Al-4V 合金的生物相容性比不锈钢和CoCrMo 合金都要强,耐蚀性好,其弹性模量与骨骼接近,且密度轻(4. 51 g/ cm3) ,可用于人工关节及骨科内固定器的制造，因此作为人体植入材料得到了广泛应用。
从第一代（α+β）双相型钛合金Ti-6Al-4V到第二代（α+β）双相型钛合金Ti-5Al-2.5Fe、Ti-6Al-7Nb, 医用钛合金的综合力学性能与工艺性能有了显著的改进和提高 ,并去掉了对人体有毒性的V元素。新型（α+β）钛合金Ti-15Zr 系和Ti-15Sn系合金则同时去掉了V 和Al。近年来开发出的一些新型钛合金，主要是β型合金 ,则都注重减少了对人体有一定危害的元素，有效地改善了钛合金的生物相容性。最新开发的生物医用钛合金主要包括：
（1）（α+β）型钛合金：Ti-5Al-3Mo-4Zr；Ti-6Al-2Nb-Ta；Ti-6Al-7Nb；Ti-15Sn-4Nb-2Ta；Ti-15Zr-4Nb-2Ta；Ti-15Zr-4Nb-4Ta 。
（2）β型钛合金：Ti-15Mo；Ti-15Mo-5Zr-3Al；Ti-12Mo-6Zr-2Fe；Ti-15Mo-2.8Nb-0.2Si；Ti-13Nb-13Zr；Ti-16Nb-10Hf；Ti-35Nb-5Ta-7Nb。
上述新型钛合金中减少或消除了Al和V元素的影响 ,并采用Zr 、Nb、Ta 、Sn等作为合金元素来改善钛合金的机械性能、耐蚀性能生物相容性。如Ti-13Nb-13Zr是美国研制的一种新型生物植入钛合金 ,该合提高了与生物体的相容性 ,并且有较高的强度和优异的耐腐蚀性 ,这种新型合金在500℃温度下扩散硬化 ,产生一种层状钛氧化物陶瓷 ,十分坚固和光滑 ,可做骨头连接部件。最近日本的研究者在原有钛金的基础上通过添加Pd 、Ta、Nb 、Zr及氧和氮元素来改善性能 ,开发出细胞容性良好 ,耐蚀性优越 ,室温强度和疲劳强度较高的Ti-15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd-0.2O-0.05N钛合金 ,有望成为下一代生体用合金,但尚须进行大的临床实验。
在今后医用金属材料的发展中 ,依据我国的资源优势 ,继续提高和改善钛合金的综合力学性能和工艺性能 ,充分发挥医用钛合金的优点仍是不可忽视的一个方面。从金属植入材料的研究现状来看 ,纯钛及其钛合金具有其它材料无可比拟的优越性 ,特别是近些年发展起来的新型β- 钛合金。因此 ,开发研究更适合临床应用的新型β钛合金不失为人体用金属植入材料的一个主要发展方向。生
物医用钛合金进一步的研究动向是深入研究合元素对钛合金的组织和性能的影响 ,改善其综合力学性能和工艺性能；研究钛合金体内外生物学相容性试验与临床试验的相关性 ,为新型医用钛合金的发展提供依据。另外还可运用新工艺和新技术开展表面改性研究 ,发展梯度功能材料。
3.3.2 医用镍钛形状记忆合金
通过对钛合金加入约1：1的镍，可形成镍钛形状记忆合金，由于其特有的物理性能，它在医用上表现出其它材料无可替代的作用。医用镍钛形状记忆金的形状记忆恢复温度为36 士2℃,符合人体温度，在临床上表现出不锈钢和钛合金相当的生物相容性。医用形状记忆合金主要用于整形外科和口腔科 ,镍钛记忆合金应用最好的例子是自膨胀支架 ,特别是心血管支架。国内医用形状记忆合金研究始于 20世纪70 年代 ,很快得到了广泛应用。临床上已采用的形状记忆合金主要有镍钛形状记忆合金和铜基形状记忆合金,前者应用广泛。
但镍钛记忆合金也有其不足之处，由于镍钛记忆合金中含有大量的镍元素,如果表面处理不当 ,则其中的镍离子可能向周围组织扩散渗透，造成人体过敏反应 。
自镍钛形状记忆合金应用于医学以来,除在整形外科和口腔科一方面的应用较多外,近年来越来越多地应用于心血管病的治疗,特别是支架介入治疗的日益盛行,各种各样的记忆合金支架开始应用于冠心病的治疗。目前 ,医用多孔镍钛形状记忆合金的研究受到 国际上的极大关注,我国在此方面虽然开展了一定研究 ,但尚处于初级阶段。多孔镍钛记忆合金具有形状记忆效应、伪弹性、生物相容性和高的力学性能,其多孔结构使植入物的固定更可靠,有利于人体体液营养成分的传输,可大大缩短病人的康复期。具有特殊性能的镍钛记忆合金表现 出较好的植入效果,必将具有更广阔的应用前景。
3.4 医用贵金属和钽、铌、锆等金属
医用贵金属是指用作生物医用材料的金 、银、铂及其合金的总称。贵金属的生物相容性较好 ,但价格昂贵 ,所以类贵金属得到发展 ,如仿金材料的研究 。
钽具有很好的化学稳定性和抗生理腐蚀性, 钽的氧化物基本上不被吸收和
不呈现毒性反应, 钽可与其他金属结合使用而不破坏其表面的氧化膜。在临床上 , 钽也表现出良好的生物相容性。与不锈钢相比，钽有很高的抗缺口裂纹扩展能力。在相同的交变载荷下，钽制髓内针的回转刚性比AO用钢材高60倍。钽可作人工骨、矫形器件、钉、缝针和缝线。尤其是用钽丝缝合修复肌腱、神经和血管更显优越。钽片或箔可修复颅骨、腹壁。五氯化钽与少量三氧化铁混合物还可以加速血液的凝结。铌、钽及锆与钛都具有极相似的组织结构和化学性能 ,在生物医学上也得到一定应用 。
铂族金属是重要的镶牙材料，钯是形变或铸造镶牙合金广泛采用的合金元素。铂族催化剂对氧化作用具有极好的催化活性，并有良好的抗蚀性和导电率，是燃料电池最理想的催化剂，可用作人工心脏的能源。
但总的来说 ,医用贵金属和钽 、铌、锆等金属 因其价格较贵 ,广泛应用受到限制。
3.5 新材料开发
材料科学的进展，在医学上同样重要。在满足医疗应用研究上，主要包括工艺改进、新的合金材料和复合材料研制等方面。
3.5.1 Cop型不锈钢
为提高316L型不锈钢的抗蚀性和弥补强度的不足，利用沉淀硬化法研制出了Cop型不锈钢。I型合金是铁基的，含钴、铬、镍各20%，钼4%，加入磷0.2%以产生时效强化。其强度及耐磨性不亚于钴基合金，临床上已用于人工关节。3.5.2 多孔材料
人工假体的固定一般用机械法（嵌入、螺钉）或粘合剂，均非生物性固定，有可能出现假体松动或下沉，且可能导致骨质溶解。70年代以来，已在研制多孔材料并推广应用，如多孔钛、多孔钴基合金等，使骨质长入、获得生理结合。西北有色金属研究院与第四军医大学唐都医院对微孔钛的研究证明，孔径200um-250um、孔隙率35-45%时，骨质可以长入，深度（3月内）达3000um。界面剪切强度＞4.6±0.36Mpa。从而可以用于人工假体、骨缺损及肌腱假体，使获得内锁型生物镶嵌性固定。
3.5.3 复合材料
为了减少金属/金属的磨损与过敏反应，临床上已尽量改用人工假体的金属/
高分子或陶瓷/高分子等复合材料，或金属表面高分子涂层组成的复合材料，或混用多种材料制成植入器件，这已成为普遍采用的方式，关于这方面，这里不再赘叙。
4，表面改性和生物镀膜在医用金属材料上的应用
对于生物医用材料 ,植入物的生物相容性是最基本的要求。一些研究者提出,植入物的生物相容性包括体相容性和植入物与组织体液间的界面相容性,体相容性与材料的机械性能及植入物的结构设计有关 ,而界面相容性主要是指发生于材料和体液间的化学反应,以及生物体对这些反应的生理反应。生物医用材料虽然兼顾了材料的力学性能和生物化学性能,但是很难同时具有 良好的体相容性和界面相容性。生物医用材料直接接触人体组织,因此其表面性能非常重要。为了使植入体内的材料充分发挥其功能,最好将其表面加以适当的处理,提高表面耐蚀性和耐磨性或改善其生物学特性从而减小其生物学毒性,这也是医用金属材料今后的一个重要发展方向。
生物医用金属材料易磨损和腐蚀,因此利用表面改性技术来提高医用材料的生物相容性 ,近些年国内外的学者对此已经开展了较多的研究,尤其是对骨、齿等硬组织植入物,以及心血管金属支架的表面改性。对采用钛合金或钴基合金以及不锈钢加工的人工关节 ,通过离子束进行表面改性 ,可提高其耐磨性能和抗腐蚀性能 ,减少植入体在使用过程中产生的磨屑 ,降低 由于磨蚀产物离子析出对植入体周围组织产生的不良反应 ,提高植入体的服役年限和减少患者的痛苦。例如在不锈钢心血管植入支架的表面镀一层聚合物膜或覆盖一层有抗凝基因的 内皮细胞膜等来改善支架的生物学特性 ,能有效降低而栓形成 ,提高支架的血液相容性 。
目前应用于生物医用材料的表面改性技术,主要是通过离子注入或电化学方法在基体表面制备生物惰性薄膜 ,以提高植入物的抗腐蚀性和血液相容性 。其中研究较多的是类金刚石薄膜 、氮化钮薄膜 、碳化硅薄膜、高聚物涂层、纤维涂层 、仿生涂层等。对医用材料进行表面改性 ,应深入了解材料表面和生物体的相互作用机理 ,对症下药 ,通过合适的表面改性工艺提高金属植入材料的生物相容性。
广大研究者应意识到 ,单凭经验对现有材料进行纯化和简单改性 ,远远不
能满足 当今医学发展对生物材料越来越高的要求。现在 已有许多学者开始重视生物相容性的分子设计学研究 ,并尝试应用分子设计学方法和仿生学方法 ,开发生物相容性更好的新型生物医学金属材料 。目前生物医用材料正在向多种材料复合、性能互补的方向发展 ,表面改性技术在生物材料上的应用有效地提高 了医用金属材料的表面质量 ,改善了植入体的植入效果 。
5 医用金属材料目前存在的主要问题及研究发展方向
5.1医用金属材料目前存在的主要问题
生物医用金属材料具有良好的耐腐蚀性能和综合力学性能,加工工艺简便 ,是应用最广泛的一类医用材料。传统使用的医用金属材料经过多年的临床应用,仍然存在许多问题,除了医用材料常见的人体（宿主）反应以外,主要还是由金属腐蚀和磨损直接或间接造成的。医用金属材料中均含有较多的合金化元素,它们在人体中所允许的浓度非常低，这些合金化元素多呈强的负电性,能够变化其电子价态并与生物体内的有机物或无机物质化合形成复杂的化合物，有些含有强烈的毒性。当金属材料植入人体以后 ,由于腐蚀、磨损等导致金属离子溶出,金属离子进入组织液里会引发一些生物反应,如组织反应、血液反应和全身反应,表现为水肿、血栓栓塞、感染及肿瘤等现象。
另外在人体血液内,由于血小板、细胞和蛋白质带有负电荷,而金属析出离子一般带有正电荷,因此血液中大量金属离子的析出还易于形成血栓。在铁（Fe）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钴（Co）等必需的微量元素中,镍、钴、铬离子对人体都有致敏反应。钢中的铬元素当呈现六价态时 ,对人体也有较大的毒性和过敏倾向。镍离子的富集对人体有很大毒性,有过敏反应 ,可能诱导有机体突变以及发生癌变。有研究报道了植入物释放出来的金属离子诱导炎症的过程,发现即使亚微摩尔浓度的锌、镍和钴,也能诱导内皮细胞上E选择素的表达。
研究金属毒性的医生早就知道镍是一种能够致癌的有毒化学元素,科学上早就存在的“镍过敏和镍致癌问题 ”,直到最近几十年才受到各国重视,对日用和医用金属材料中的镍含量限制越来越严格,标准文件中所允许的最高镍含量也越来越少。由1967 年、1988年和1994 年颁布的欧洲议会标准 ,就可以清楚地看出这种趋势。因此在发展新型医用金属材料时必须严格控制其中的金属元素,最好是少用或不用对人体产生毒性和过敏性较大的合金化元素。
5.2 医用金属材料的研究和发展
长期使用的安全性及可靠性是对医用金属植入材料的第一要求,医师及病人都希望采用最好的金属植入材料,并且花最少的钱。在过去的几十年中 ,生物医用金属材料已经得到很快的发展,然而在临床上使用的仍然是有限的几种。因此研究并推动新型生物医用材料的应用,依然非常重要。
新型金属材料的发展应从现存的问题出发,采用新技术和新工艺,改善现有生物金属材料的性能,以减少和避免上述问题。对传统的医用金属材料仍有许多要研究的工作,例如有关金属元素对人体毒性方面的基础数据的收集和系统化,金属元素在人体内外的生物体毒性的相关性以及植入金属材料和生物体的分子水平研究等。另外我们知道医用金属材料植入人体以后,材料的浸出物或腐蚀产物会直接作用于细胞合成的组蛋白、细胞构架的肌动蛋白和波形蛋白等 ,因此有必要用分子生物学技术从分子水平上研究金属材料对生物体组织的影响,这样才能进一步了解金属植入材料对人体的影响。医用不锈钢仍是生物植入材料的主体,如铁素体及双相医用不锈钢的开发，低镍及无镍医用不锈钢的开发，研究开发高耐蚀性、高耐磨性、高疲劳强度和高韧性生体合金依然重要。
从金属植入材料的研究使用现状来看,纯钛及其钛合金具有其它材料无可比拟的优越性,特别是近些年发展起来的新型β- 钛合金. 因此,开发研究更适合临床应用的新型β钛合金不失为人体用金属植入材料的一个主要发展方向。
许多研究表明,金属的磨屑是导致植入件松动的原因,因此 ,减少有微动引起的金属离子或碎片是优化长期植入物的关键。
人体用金属植入材料的研究还包括:对开发出的各种生物医学材料进行临床应用实验 ,以取得大量有价值的第一手资料 ,并及时反馈给材料研究部门 ,以便迅速对材料进行改进; 寻求更为理想的表面处理工艺 ,更好地改善人体植入材料的表面性能 ,获得高质量的涂层并解决涂层与基底的结合问题 ,进一步提高生物医学材料与生物体的相容性 ,提高植入材料的耐磨性和耐蚀性; 进行材料的复合化和混杂化研究。因此 ,利用表面改性来提高医用金属材料的生物相容性将会是今后医用金属材料发展的趋势。
中国作为一个世界人口大国,也要紧跟世界潮流,结合我国国情,开发适合自己国情的新型生物医用材料,并在材料开发研究单位、人体植入物制造单位和医
疗单位之间建立三位一体的质量管理体系,加快我国人体植入材料的国产化进程,使人体植入材料在我国得到迅速推广和应用,造福于人民。
总之，生物材料的开发应用为医学开创了新局面，替换医学得以兴起。而医学得发展和需求又推动了生物材料的研究与探索。金属材料仅是其中的一部分，广而涉及人工假体及复合体，形状更为复杂。为了造福于人类，展望未来，正期待着我们对新兴材料学科继续深入钻研、探索、创新与开拓。
常用医用金属材料 概述 生物医用金属材料(biomedical metallic materials)用于整形外科、牙科等领域。由它制成的医疗器件植人人体，具有治疗、修复、替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分。 生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400～300年，那时的腓尼基人就已将金属丝用于修复牙缺失。1546年纯金薄片被用于修复缺损的颅骨。直到1880年成功地利用贵金属银对病人的膝盖骨进行缝合，1896年利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗后，才开始了对金属医用材料的系统研究。本世纪30年代，随着钻铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展，成为当今整形外科等临床医学中不可缺少的材料。虽然近20年来生物医用金属材料相对于生物医用高分子材料、复合材料以及杂化和衍生材料的发展比较缓慢，但它以其高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，仍在临床上占有重要地位。目前，在需承受较高荷载的骨、牙部位仍将其视为首选的植人材料。最重要的应用有：骨折固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。 生物医用金属材料要在人体生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。迄今为止，除医用贵金属、医用钛、袒、锯、铅等单质金属外，其他生物医用金属材料都是合金，其中应用较多的有：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。
常用五金简介： 一． A3钢是GB700-79规定的牌号，相当于GB700-88中的Q235A类，属于普通碳素钢，A3钢是过去的叫法，现在虽然还在用，但仅限于口语，在书面文件中最好不要用，它是甲类钢，这类钢在出厂时钢厂只保证其机械性能而不保证化学成分，所以杂质成分如S、P可能多一点，其含炭量在0.12~0.22%之间，平均屈服极限235MPa，常温下许取用应力113MPa，与新标准中的Q235相当，具体又分A、B、C、D等级别。 二： 不锈钢中说的21CT其实是一种新型的环保不锈钢材，是性能和安全性都远优于SUS304（常用不锈钢锅材料）的新一代无镍、无钼，高抗腐蚀的节能不锈钢材。为什么会取名为21CT，是由于含铬量高达21%而命名的。铬是金属中硬度最大的特种钢。在钢结构和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度耐磨性，铬能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。锅具中添加铬，无惧任何酸性食物的挑战，硬度更强，能配合各种勺具的使用，延长寿命更有效！21%高含量铬金属比SUS304金属要高出3.2%，耐腐蚀、耐磨更显著。而”C“、”T“分别代表铜（Cu）和钛（Ti）的首字母。首先说”C“，不锈钢中添加铜，可以增加不锈钢的耐蚀性，同时适量的铜代替镍（害的金属）的添加，既安全对人体无害，又高效导热，节省能源。同时，镍在提取过程中也会对环境造成伤害，选择无镍，是对自己和对环境的保障。接下来说”T“，钛属于稀有金属，具有“亲生物”性。对人体安全无害。最重要是钛金属具有优异的导热性，能快速均匀使热量扩散。不锈钢中添加钛，能使导热更快。两者结合，能大大提高不锈钢的性能，比SUS304更耐用更高效。21CT的优势很多，一般不锈钢的优势都包含了，如果说最突出的优势，我大概总结一下吧。●加热均匀●高效储热●物理不粘●完全无毒●节能环保●经久耐用，这6大特点使得它各方面都表现优秀，用21CT制成的锅具更加经久耐用，更安全。现在锅具都追求节能、环保，所以它们都会采用复合钢材的形式，把21CT和铝、高级的不锈钢相结合，性能更佳，有研究发现，其导热率比SUS304高30%，好像沸水测试，都比304要快，所以是真正的环保节能新钢材。 三： 430不锈钢是具有良好的耐腐蚀性能的通用钢种，导热性能比奥氏体好，热膨胀系数比奥氏体小，耐热疲劳，添加稳定化元素钛，焊缝部位机械性能好。430不锈钢用于建筑装饰用、燃油烧嘴部件、家庭用器具、家电部件。430F是在430钢上加上易切削性能的钢种，主要用于自动车床、螺栓和螺母等。430LX在430钢中添加Ti或Nb、降低C含量，改善了加工性能的和焊接性能，主要用于热水罐、供热水系统、卫生器具、家庭用耐用器具、自行车飞轮等。 由于其铬含量，又称其为18/0或18-0。与18/8和18/10相比，含铬稍少，硬度相应降低。
1.2 常用金属材料 金属材料来源丰富，并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料，常用以制造机械设备、工具、模具，并广泛应用于工程结构中。 金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金，如铜合金、铝及铝合金等。 1.2.1 钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为0.05%～1.35%。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能（如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等），冶炼中有目的地加入一些合金元素（如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等），这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 1．碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种，常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢，含碳量0.25%； 中碳钢，含碳量为0.25%～0.60%； 高碳钢，含碳量0.60%。 （2）按钢的质量（即按钢含有害元素S、P的多少）分类分为三类： 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%； 优质碳素钢，钢中S、P含量均≤0.040%； 高级碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。 （3）按钢的用途分类分为两类： 碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机械零件； 碳素工具钢，主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 （1）碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号（A、B、C、D）及脱氧方法符号（F、b、Z）等四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高，F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Z代表镇静钢等。如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A级沸腾碳素结构钢。 （2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢，表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 （3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头T和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“A”。例如，T12钢，表示平均含碳量为1.2%的碳素工具钢。T8钢，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12A，表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例 Q195、Q215，用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q235、Q255，用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q275，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Q345，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。
第三节常用金属材料的一般知识 一、金属材料的性能金属材料的性能通常包括物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能等。 （一）金属材料的物理化学性能 1．密度 物质单位体积所具有的质量称为密度，用符号P 表示。利用密度的概念可以帮助我们解决一系列实际问题，如计算毛坯的重量，鉴别金属材料等。常用金属材料的密度如下：铸钢为7．8g／cm3，灰铸铁为7．2g／cm3，钢为8．9g／cm3，黄铜为8．63g／cm3，铝为2．7g ／cm3。 2．导电性金属传导电流的能力叫做导电性。各种金属的导电性各不相同，通常银的导电性最好，其次是铜和铝。 3．导热性 金属传导热量的性能称为导热性。一般说导电性好的材料，其导热性也好。若某些零件在使用中需要大量吸热或散热时，则要用导热性好的材料。如凝汽器中的冷却水管常用导热性好的铜合金制造，以提高冷却效果。 4．热膨胀性 金属受热时体积发生胀大的现象称为金属的热膨胀。例如，被焊的工件由于受热不均匀而产生不均匀的热膨胀，就会导致焊件的变形和焊接应力。衡量热膨胀性的指标称为热膨胀系数。 5．抗氧化性 金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力称为抗氧化性。热力设备中的高温部件，如锅炉的过热器、水冷壁管、汽轮机的汽缸、叶片等，易产生氧化腐蚀。一般用作过热器管等材料的抗氧化腐蚀速度指标控制在≤0．1mm／a。 6．耐腐蚀性 金属材料抵抗各种介质（大气、酸、碱、盐等）侵蚀的能力称为耐腐蚀性。化工、热力设备中许多部件是在腐蚀条件下长期工作的，所以选材时必须考虑钢材的耐腐蚀性。 （二）金属材料的力学性能 金属材料受外部负荷时，从开始受力直至材料破坏的全部过程中所呈现的力学特征，称为力学性能。它是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性等。 1．强度金属材料的强度性能表示金属材料对变形和断裂的抗力，它用单位截面上所受的力（称 为应力）来表示。常用的强度指标有屈服强度及抗拉强度等。 （1）屈服强度钢材在拉伸过程中，当拉应力达到某一数值而不再增加时，其变形却继续增加，这个拉应力值称为屈服强度，以σs表示。σs值越高，材料的强度越高。 （2）抗拉强度金属材料在破坏前所承受的最大拉应力，以σb表示。σb值越大金属材料 抵抗断裂的能力越大，强度越高。 强度的单位是MPa（兆帕）。 2．塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形的能力。表示金属材料塑性性能有伸长率、断面收缩率及冷弯角等。
常用金属材料 1、钢的分类 钢的分类方法很多，常用的分类方法有以下几种： 1）按化学成分碳素钢可以分为：低碳钢（含碳量<0.25%）、中碳钢（含碳量0.25%?0.6%）、高碳钢（含碳量>0.6%）;合金钢可以分为：低合金钢（合金元素总含量<5% ）、中合金钢（合金元素总含量5%?10%）、高合金钢（合金元素总含量>10%）; 2）按用途分结构钢（主要用于制造各种机械零件和工程构件）、工具钢（主要用于制造各种刀具、量具和模具等）、特殊性能钢（具有特殊的物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等） 3）按品质分普通碳素钢（P W 0.045% S<0.05% ）、优质碳素钢（P W 0.035% S <0.035% ）、高级优质碳素钢（P W 0.025% S <0.025%） 2、碳素钢的牌号、性能及用途 常见碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点的“屈”字的汉语拼音字首， 数字表示屈服强度的数值。若牌号后标注字母，则表示钢材质量等级不同。 优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳量的质量分数的万分数，例如，20钢 的平均碳质量分数为0.2%。 表1 —1常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途 3、合金钢的牌号、性能及用途 为了提高钢的性能，在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。
合金结构钢的牌号用“两位数（平均碳质量分数的万分之几） +元素符号+数字（该合金元 素质量分数，小于 1.5%不标出；1.5%?2.5%标2; 2.5%?3.5%标3,依次类推）”表示。 对合金工具钢的牌号而言，当碳的质量分数小于 1%,用“一位数（表示碳质量分数的千分 之几）+元素符号+数字”表示；当碳的质量分数大于1%时，用“元素符号+数字”表示。（注: 高速钢碳的质量分数小于 1%，其含碳量也不标出） 表1 — 2常见合金钢的牌号、机械性能及其用途 4、铸钢的牌号、性能及用途 铸钢主要用于制造形状复杂，具有一定强度、塑性和韧性的零件。碳是影响铸钢性能的主要 元素，随着碳质量分数的增加， 屈服强度和抗拉强度均增加， 而且抗拉强度比屈服强度增加 得更快，但当碳的质量分数大于 0.45%时，屈服强度很少增加，而塑性、韧性却显著下降。 所以，在生产中使用最多的是 ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570三种。 表1 — 35、铸铁的牌号、性能及用途 铸铁是碳质量分数大于 2.11%，并含有较多Si 、Mn 、S 、P 等元素的铁碳合金。铸铁的生产 工艺和生产设备简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能， 所以应用非常广泛, 是工程上最常用的金属材料之一。 铸铁按照碳存在的形式可以分为：白口铸铁、 灰口铸铁、麻口铸铁；按铸铁中石墨的形态可 以分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
生物医用金属材料 摘要：在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上，指出了医 用金属材料应用中目前存在的主要问题，阐述了近些年生物医用金属材料的新进展，并对今后的发展进行展望分析。 关键词：生物医用金属材料现状研究进展 引言： 生物医用材料（biomedical material）是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料，能够植入生物体或与生物组织相糅合。它的研究及产业化对社会和经济发展的重大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的高度重视。 目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷、生物玻璃和碳素材料）以及生物医用复合材料等。 而与其它几种生物材料相比，生物医用金属材料具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。但生物医用金属材料在应用中也面临着一些问题，由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者可能导致植入失效，因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 生物医用金属材料 生物医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称外科用金属材料。它是一类生物惰性材料。通常用于整形外科、牙科等领域，具有治疗、修复固定和置换人体硬组织系统的功能。 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历史。人类在古代就已经尝试使用外界材料来替换修补缺损的人体组织。在公元前，人类就开始利用天然材料，如象牙，来修复骨组织；到了19世纪，由于金属冶炼技术的发展，人们开始尝试使用多种金属材料，不遗余力地发展生物医用材料，以解救在临床上由于创伤、肿瘤、感染所造成的骨组织缺损患者，如用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌）来补牙等； 目前临床应用的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金、钛和钛合金等几大类。此外还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
铝镁锰铝镁锰 铝镁锰合金介绍： 铝金属通过电解作用从自然界中提炼出来，再通过熔炼分别配以定量的铜、锰、镁、硅、锌等元素形成多种多样的合金，可获得能满足各种不同需要的机械和物理性能。目前规定了从1000到9000共九个系列的变形铝合金，分别应用于消费品、航空航天、建筑、包装、交通运输、电气设备等各个方面。 符合DIN1725标准所规定的3004合金，其具有质轻、结构强度适中、耐候、耐渍，易于加工和焊接，正常气候环境（空气污染严重除外）下使用寿命可达50年，其再欧美等国建建筑上早已广泛应用，在近几年在国内建筑的使用中得到了认可和肯定，为现代建筑向舒适、耐久、轻型、经济、环保等方向发挥了重要的作用。 铝镁锰合金的性能铝镁锰合金的性能：： 屋面和墙面所用铝镁锰合金板常用厚度有0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm1.2mmmm 等规格，密度为2.73g/cm 3，抗拉强度≥225Mpa，屈服强度≥190Mpa，延伸率＞3%,基材膨胀系数23×10-6。 铝镁锰合金的特点铝镁锰合金的特点：： 1、重量轻，密度为2.73g/cm 3，只有刚的1/3. 2、抗拉强度是普通铝的2.5倍，铝合金中含有一定的镁和锰，使其具有一定的强度和刚度。
3、耐腐蚀；与大气形成氧化铝薄膜，防止被进一步腐蚀。 4、外观表面处理多样、美观：可进行锤纹、阳极氧化、电泳、化学处理、抛光、涂漆处理。 5、可塑性好，易加工，适合各种建筑金属屋面和金属幕墙。 6、良好的导电性：厚度一般为0.7~0.9mm 的铝镁锰，可直接作防雷接闪器（国家规范《建筑防雷设计规范》GB 50057），但应避免在屋面穿孔。 7、优越的电磁波屏蔽性能，使人体大脑不受到伤害。 8、不释放有害毒素，是理想的环保材料。 9、回收利用价值很高，长期使用成本较经济，节约自然资源。 9、利于消防：熔点低（660摄氏度），发生火灾时，屋面易被烧穿，使火势向外蔓延，而不向内横向蔓延，有助于消防人员从顶部灌水灭火，到A 1级防火标准。 10、综合性价比较高。 锌铜钛锌铜钛（（俗称钛锌板俗称钛锌板）） 锌铜钛合金介绍锌铜钛合金介绍 锌铜钛合金（俗称钛锌）是上世纪10年代研制出的一种高强度、抗蠕变合金，其机械性能可以与铜合金、铝合金相媲美。60年代后在欧美逐步获得了工业生产和应用，开辟了结构材料的新领域。 钛锌板是以符合欧洲质量标准的E N179的高纯度金属锌（99.995）与少量的钛和铜熔炼而成。钛的含量是0.06~0.2%，可以改善合金的
无源医疗器械及医用材料 单选题、（由一个题干和两个以上的备选答案组成，其中只有一个为正确答案。选出正确答案。） 1、阐述了医疗器械风险管理的有关国家标准是（） A.ISO13485 2、要避免人工关节发生断裂，通常要求制作材料的强度高于人骨的（）以上 A.1倍 B.3倍 C.5倍 D.7倍 3、颅内动脉瘤支架一般都是（） D.自扩张镍钛支架 4、目前临床普遍使用的颈动脉支架是（） C自.扩张式覆膜支架 5、用于治疗消化道狭窄这类疾病的扩张球囊导管的尺寸一般达（） C.3~4cm 6、目前市场上用的较多的氧合器是（） B.膜式氧合器 7、钛合金的耐腐蚀性比不锈钢和钴基合金（） A.好 8、最早开发的医用钴基合金为（）合金 A.Co-Cr-Mo 9、如果提高材料整体的硬度，则可能损害材料的其他特性，因此通常采用（）的方法来使材料表面硬度得以改善 D.表面处理 10、钛同生物介质的关系是属于惰性金属，其化学惰性超过所有的（） D.不锈钢 11、生物医用金属材料在人体生理环境下的腐蚀主要有（）种类型 A.8 12、（）是指整个瓣膜或瓣膜的一部分由生物组织材料制成的人工心脏瓣膜 C.生物瓣膜 13、骨科材料产品标准按国际惯例可分为（）个等级 B.3 14、无源医疗器械按与人体接触性质分为（）类 A.3 15、与机械瓣膜相比，生物瓣膜的生物相容性（） A.更好 16、无源医疗器械按接触时间分为（）类 B.3 17、不属于人工瓣膜监管方面要点的是（） B.外科医师的技术培训 18、下列性能指标中，不属于人工血管主要性能指标的是（） A.弹性 19、人体内共有（）个心脏瓣膜 C.4 20、心脏瓣膜是（）阀门 A.单向
简介：1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例 1. 45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2. Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3. 40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4. HT150——灰铸铁。应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5. 35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 6. 65Mn——常用的弹簧钢。应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。 7. 0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备 8. Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1) 特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等
常见医用塑料品种的介绍 与玻璃和金属材料相比，塑料的主要特点： ●成本较低，可以不必消毒重复使用，适合用作一次性医疗器械的生产原料； ●加工简单，利用其塑性可以加工成各种各样有用的结构，而金属和玻璃很难制 造成复杂结构的制品； ●坚韧，富有弹性，不象玻璃那样易破碎； ●具有良好的化学惰性和生物安全性。 这些性能优势使塑料在医疗器材中具有广泛应用，主要包括聚氯乙烯(PVC)，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯（PC）、ABS、聚氨酯、聚酰胺、热塑性弹性体、聚砜和聚醚醚酮等。共混可以改善塑料的性能，使不同树脂的最佳性能体现出来，如聚碳酸酯/ABS、聚丙烯/弹性体等共混改性。 一般的塑料合成以后，从大石化厂的合成塔出来，都是面粉状的粉末，不能用来直接生产产品，这就是人们常说的从树汁中提取出脂的成份是一样的，也称为树脂，也叫粉料，这是一种纯净的塑料，它流动性差，热稳定性低，易老化分解，不耐环境老化。人们为了改善以上缺陷，在树脂粉中加入热稳定剂、抗老化剂、抗紫外光剂、增塑剂等，经过造粒改性，增加它的流动性，生产出适应各种加工工艺的、有特殊性能的、不同牌号的塑料品种。所以，同一种塑料品种有很多牌号，按照加工方法来分，有注塑级的，有挤出级的，有吹膜级的；按照性能来分，有高刚性的，有增韧的，等等。医疗器械厂家普遍使用的塑料材料都是经过改性可以直接使用的塑料颗粒。对于市场中没有的具有特殊性能的产品，器械厂可以引进造粒生产线，通过不同的配方设计，加工生产塑料颗粒。 由于要与药液接触或与人体接触，医用塑料的基本要求是具有化学稳定性和生物安全性。简单来说，塑料材料中的组成成分不能析出进入药液或人体，不会引起组织器官的毒性和损伤，对人体是无毒无害的。为了确保医用塑料的生物安全性，通常在市面销售的医用塑料都是通过医疗权威部门的认证和检测，并且明确告知使用者哪些牌号是医疗级的。 美国的医用塑料通常会通过FDA认证和USP VI生物检测，我国医疗级的塑料通常经过山东医疗器械检测中心的检测。目前国内还有相当一部分医用塑料材料未经严格意义上的生物安全认证，但随着法规的逐渐健全，这些情况会越来越改善。 根据器械制品的结构和强度要求，我们来选择合适的塑料类型和恰当的牌号，并确定材料的加工工艺。这些性能包括加工性能、力学强度、使用成本、装配方式、可灭菌性等。现将常用的几种医用塑料加工性能和物理化学性能进行介绍。 1.聚氯乙烯PVC 2.聚乙烯PE 3.聚丙烯PP 4.聚苯乙烯（PS）和K树脂 5.ABS 6.聚碳酸酯PC 7.聚四氟乙烯PTFE
常用金属材料 2.1 铸铁 2.1.1灰口铸铁 2.1.2可锻铸铁3 e! E4 [/ x3 v 2.1.3球墨铸铁 2.2 碳素钢 2.2.1.碳素钢的分类$ f$ R+ D1 l1 S, N! Q 2.2.2普通碳素钢; i: e! N" G) C4 w1 H" n. p 2.2.3优质碳素钢/ v% b& i% s/ @5 t 2.2.4高级优质碳素钢 2.3 合金钢 2.3.1合金钢分类 2.3.2常用合金钢 2.4 常用金属材料技术条件标准- U- G/ j" u; W6 L5 m; b2 d 2 t) o! E* N0 t7 U5 N1 } : m' q# @" p+ S' Q$ u7 ` 2常用金属材料 介绍压力管道中常用的金属材料的分类、特点、用途和表示方法& D& \9 w5 k: F/ n$ Z; E 金属材料:黑色金属：通常指铁和铁的合金d7 C* W1 }& s 有色金属：指铁及铁合金以外的金属及其合金。 黑色金属根据它的元素组成和性能特点分为三大类,即铸铁、碳素钢及合金钢。 2.1铸铁 铸铁：含碳量大于2.06％的铁碳合金。" Y4 v# {7 B8 w) r ◆真正有工业应用价值的铸铁其含碳量一般为2.5%~6.67%。 ◆铸铁的主要成分除铁之外,碳和硅的含量也比较高。由于铸铁中的含碳量较高,使得其中的 大部分碳元素已不再以Fe3C化合物存在,而是以游离的石墨存在。 性能特点：是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差,一般不能锻,但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能,价格便宜。 用途：常用作泵机座、低压阀体等材料；地下低压管网的管子和管件。 根据铸铁中石墨的形状不同将铸铁分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。3 D. Q5 e+ G! p 2.1.1灰口铸铁：石墨以片状形式存在于组织中的铸铁称之为灰口铸铁。 ◆灰口铸铁浇铸后缓冷得到的组织为铁素体和游离石墨共存,断口呈灰色，灰口铸铁也因此而 得名。灰口铸铁的各项机械性能均较差,工程上很少使用。' v1 [" p* B N2 D) Q2 [ 2.1.2可锻铸铁：经过长时间石墨化退火,使石墨以团絮状存在于铸铁组织中,此类铸铁称为可锻铸铁。 性能特点：强度、塑性、韧性均优于灰口铸铁，其延伸率可达12%；但可锻铸铁制造工艺复杂,价格比较高。 ◆由于可锻铸铁具有一定的塑性,故"可锻"的名称也由此而出,其实它仍为不可锻。0 j T* Q2 [2 \) m3 H
新型生物医用金属材料 1 前言 1.1生物医用金属材料基本概念 1.2生物医学对材料的要求 2 我国生物医用材料产业现状 3 生物医用金属材料 3.1 医用不锈钢 3.2 医用钴基合金 3.3医用钛合金和镍钛形状记忆合金 3.4 医用贵金属和钽、铌 、锆等金属 3.5 新材料开发 4 表面改性和生物镀膜在医用金属材料上的应用 5 医用金属材料目前存在的主要问题及研究发展方向 5.1医用金属材料目前存在的主要问题 5.2 医用金属材料的研究和发展
1前言 1.1生物医用金属材料基本概念 生物医用材料是指用于医疗上能够植入生物体或与生物组织相接合的材料 ,可用于诊断、治疗 ,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。目前用于临床的生物医用材料主要包括生物医用金属材料、生物医用有机材料（主要指有机高分子材料）、生物医用无机非金属材料（主要指生物陶瓷）、生物玻璃和碳素材料以及生物医用复合材料等。 与生物陶瓷及生物高分子材料相比,生物医用金属材料,如不锈钢、钴基合金、钛和钛合金以及贵金属等具有高的强度、良好的韧性及抗弯曲疲劳强度、优异的加工性能等许多其它医用材料不可替代的优良性能。 1.2生物医学对材料的要求 生物医用金属材料在应用中面临的主要问题 ,是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散以及植入材料自身性质的退变 ,前者可能导致毒副作用 ,后者可能导致植入失效 。因此研究和开发性能更优、生物相容性更好的新型生物医用金属材料依然是材料工作者和医务工作者共同关心的课题。 医用金属材料作为生物材料的一类 ,其研究和发展要严格满足如下的生物学要求：良好的组织相容性 ,包括无毒性、无热源反应、不致畸、不致癌、不引起过敏反应或干扰机体的免疫机理、不破坏临近组织，也不发生材料表面的钙化沉着等；良好的物理、化学稳定性，包括强度、弹性、尺寸稳定性、耐腐蚀性、耐磨性以及界面稳定性等；易于加工成型 ,材料易于制造；价格适当。 对于植入心血管系统或与血液接触的材料 ,除能满足以上条件外,还须具有良好的血液相容性,即不凝血（抗凝血性好）、不破坏红细胞（不溶血）、不破坏血小板、不改变血中蛋白特别是脂蛋白、不扰乱电解质平衡等。 2 我国生物医用材料产业现状 作为近30年来发展出的一类技术附加值最高的高技术新材料，生物医用材料正在成长为21世纪世界经济的一个支柱性产业。近年我国生物医用材料产业发展很快，尤其是介入支架和骨科器材，发展速度非常快。2008年中国生物医用材料全行业总产值2200亿元, 同比增长15% ；产值超过亿元的企业超过120家，较大
材料 一、金属材料： 1．金属材料的分类：黑色金属和有色金属两大类。 2.黑色金属在各类电机制造中是经常用到的基本材料。 2.1 黑色金属包括铁，锰，铬及其合金，一般都是指钢和铁。按化学成分可以把钢分为碳素钢和合金钢两 大类﹔生铁可分为炼钢生铁﹑铸造生铁和铁合金。 2.2 碳素钢是使用最多的一种， 按用途分为：碳素结构钢，碳素工具钢和易切削结构钢三类。 按含碳量可以把碳素钢分为：低碳钢（含碳≤0.25﹪）﹑中碳钢（含碳＞0.25~0.6﹪）﹑高碳钢（含碳＞0.6﹪）.一般碳素钢中,含碳量越高硬度越高,但塑性降低。 按含磷﹑硫可以把碳素钢分为:普通碳素钢(含磷﹑硫较高) ﹑优质碳素钢(含磷﹑硫较低)和高级碳素钢(含磷﹑硫更低)。 2.3合金钢:为了满足某种性能要求,在钢中加入一种或几种合金元素(如锰﹑硅﹑钒﹑钛﹑铌﹑硼﹑稀土等). 通过合金化,可以提高和改善肮的综合机械性能﹔能显著提高和改善钢的工艺性能,如淬透性,回火稳定性﹑切削性等﹔还可以使钢获得一些特殊的物理化学性能，如耐热﹑不锈﹑耐腐蚀等。 2.3.1 2.4 钢件.铸造工艺有许多优点:能铸造形状复杂的零件,原料利用范围广,能减少切削加工,而且成本较低,还有一系列的优良性能,如耐磨性,减震性好等。 3.有色金属 3.1 有色金属又称非铁金属,它的种类很多,在被人们发现的一百多种元素中除气体,非金属有80余种,广泛的 用于现代科学技术,工业生产,人民生活之中。 3.2有色金属的分类: 按发现时间的先后分为:轻有色金属﹑重有色金属﹑贵有色金属﹑半金属和稀有色金属无大类.
按合金系统分为: 轻有色金属及其合金﹑重有色金属及其合金﹑贵有色金属及其合金﹑稀有色金属及其合金。 按用途分为:变形合金.铸造合金,轴承合金,印刷合金,焊料,中间合金. 3.3 铝及铝合金 3.3.1铝是一种白色的轻金属,在自然界中分布很广,铝的密度小(2.7g/㎝３),良好的导热性和导电性，在空气中 很容易氧化，在表面生成一层致密的氧化薄膜保护层，阻止率的继续氧化，成为抗大气腐蚀性能良好的材料。 3.3.2 铝合金: 在铝中加入一种或几种元素组合成合金.它具有强度高﹑比强度大﹑塑性良好﹑适于各种压 力加工,同时还有良好的切削性能.因而被广泛的用于机械,电机,电器等工业中. 3.3.2.1 铝合金的分类:铸造铝合金和变形铝合金,在电机工业中用于制作电机的机座﹑壳体﹑机壳﹑端盖﹑ 衬套﹑轴套﹑压圈盖帽﹑风叶等。 3.4 铜及铜合金 3.4.1 铜属重合金属,是被人类发现和使用最早的金属之一.铜的密度为8.96g/㎝３,纯铜有良好的导电性和较 强的耐腐蚀性,易于热压和冷压加工,但力学性能低,不宜做结构零件. 3.4.2铜合金:将铜和其它元素组成合金.它具有比纯铜好的力学性能,仅次于钢铁,在机械﹑电机﹑电器工业 中作导电材料﹑弹性材料﹑耐腐蚀和耐磨材料,也是艺术品及生活用品的重要材料,同时也是军事工业的重要材料. 3.4.2.1 3.5.2.1适用范围 重熔用电工铝锭适用于中小型异步电动机浇铸鼠笼转子的鼠笼导条和杯形转子之用. 3.5.2.2 技术要求 化学成分（见表3-6 P285） 外观：电工铝锭的外观应符合GB/T1196的规定。 质量: 重熔用电工铝锭外形几何尺寸不作一规定，但锭形应符合GB/T196的规定，每块质量为（15或20）±2kg。 3.5.2.3标记示例 牌号为AL99.70E的重熔用电工铝锭,其标记为:电工铝锭AL99.70E GB/T2768-1991 3.5.3 铸造铝合金 在电机中主要用作铸造机壳﹑底座﹑底盘﹑外壳﹑壳体﹑端盖﹑出线盒等零件. 3.5.4 压铸铝合金 在电机中主要用作铸造机壳﹑机座﹑底座﹑端盖﹑风扇叶片等零件 二、漆包线 1.漆包线的绝缘层是漆膜,部分采用天然材料(如绝缘紙,天然丝等)外,主要采用有机合成高分子化合物(如缩 醛﹑聚脂﹑聚胺脂﹑聚脂亞胺树脂等)和无机材料(如玻理丝等).为了提高绝缘层的性能,有的绕组线采用
医用金属材料的研究进展 姓名：因 学号： 专业：材料
摘要：介绍了医用金属材料目前的研究现状、性能和应用,指出了医用金属材料 应用中目前存在的主要问题,阐述了近年来生物医用金属材料的新进展1。Medical metal materials with high strength toughness, fatigue resistance, easy processing and forming excellent properties become clinical dosage biggest and wide application of biomedical materials. 关键词：医用金属种类应用研究进展 一生物医用金属材料的简介 生物医用材料是指能够植入生物体或与生物组织相结合的材料,可用于诊断、治疗,以及替换生物机体中的组织、器官或增进其功能。生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，又称外科用金属材料或医用金属材料，是一类惰性材料2。这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能，是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛，遍及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面。除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有纯金属钛、钽、铌、锆等、不锈钢、钴基合金和钛基合金等3。 二生物医用金属材料的特性 2.1材料毒性 生物医用金属材料的毒性主要来自金属表面离子或原子因腐蚀或磨损进入周围生物组织，由此作用于细胞，抑制酶的活性，组织酶的扩散和破坏溶酶体。具体可表现为与体内物质生成有毒化合物。并且金属离子进入组织液，会引起水肿、栓塞、感染和肿瘤等。一般才用的降毒方法包括合金化、提高耐蚀性、提高光洁度、表面涂层等4。 2.2生理腐蚀性 生物医用金属材料的生理腐蚀性是决定材料植入后成败的关键，其产物对生物机体的影响决定植入器件的使用寿命。 2.3力学性能 生物医用金属材料需要有足够的强度与塑性。一般说来，对人工髋关节金属材料的要求是：屈服强度>450Mpa；抗拉强度>800Mpa；疲劳强度>400Mpa；延伸率>8%。通常材料的弹性模量大于骨的弹性模量，由此会使得材料与骨应变不同，界面处发生的相对位移造成界面松动；除此产生应力屏蔽，引起骨组织的功能退化或吸收8。 2.4耐磨性 耐磨性影响植入摩擦器件的寿命；以及可能产生有害的金属微粒或微屑，导致周围组织的炎性、毒性反应。可通过提高硬度，表面处理等方法进行改善。 三医用金属材料的种类
常用金属材料 金属材料来源丰富,并具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料,常用以制造机械设备、工具、模具,并广泛应用于工程结构中。 金属材料大致可分为黑色金属两大类。黑色金属通常指钢和铸铁；有色金属是指黑色以外的金属及其合金,如铜合金、铝及铝合金等。 １．2.1 钢 钢分为碳素钢（简称碳钢）和合金两大类。 碳钢是指含碳量小于2．１1％并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。工业用碳钢的含碳量一般为０.05%～１.3５％。 为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能(如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等),冶炼中有目的地加入一些合金元素(如Mｎ、Si、Cr、Ｎi、Mo、W、V、Ti等）,这种钢称为合金钢。 （一）碳钢 １.碳钢的分类 碳钢的分类方法有多种,常见的有以下三种。 （1）按钢的含碳量多少分类分为三类： 低碳钢,含碳量 ０.25%; 中碳钢，含碳量为0.2５％～0.60%； 高碳钢，含碳量＞0．６０%。 （２）按钢的质量(即按钢含有害元素S、P的多少)分类分为三类: 普通碳素钢，钢中S、P含量分别≤0.０55％和０.0４5%； 优质碳素钢，钢中S、Ｐ含量均≤0．04０%； 高级碳素钢,钢中S、P含量分别≤0．0３0%和0.０35%。 (3）按钢的用途分类分为两类: 碳素结构钢,主要用于制造各种工程构件和机械零件; 碳素工具钢,主要用于制造各种工具、量具和模具等。 2．碳钢牌号的表示方法 （1)碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Ｑ、屈服点数值、质量等级符号(A、B、Ｃ、D)及脱氧方法符号(F、ｂ、Ｚ）等
四部分按顺序组成。其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高,F代表沸腾钢，b代表镇静钢，Ｚ代表镇静钢等。如Q2３5-A·Ｆ表示屈服强度为235Ｍpa的A 级沸腾碳素结构钢。 （2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。例如45钢，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。08钢,表示平均含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。 (3）碳素工具钢碳素工具钢的牌号是用碳字汉语拼音字头Ｔ和数字表示。其数字表示钢的平均含碳量的千分之几。若为高级优质，则在数字后面加“Ａ”。例如,T12钢，表示平均含碳量为1.２%的碳素工具钢。T8钢,表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。T12Ａ,表示平均含碳量为1.2％的高级优质碳素工具钢。 3．碳钢的用途举例 Ｑ1９5、Ｑ２1５,用于铆钉、开口销等及冲压零件和焊接构件。 Q2３5、Q2５５,用于螺栓、螺母、拉杆、连杆及建筑、桥梁结构件。 Q27５，用于强度较高转轴、心轴、齿轮等。 Ｑ34５，用于船舶、桥梁、车辆、大型钢结构。 08钢，含碳量低,塑性好,主要用于制造冷冲压零件。 1０、２0钢，常用于制造冲压件和焊接件。也常用于制造渗碳件。 3５、４0、45、５0钢属中碳钢,经热处理后可获得良好的综合力学性能,主要用制造齿轮、套筒、轴类零件等。这几种钢在机械制造中应用非常广泛。 T７、T8钢,用于制造具有较高韧性的工具,如冲头、凿子等。 T９、T10、T１1钢，用作要求中等韧性、高硬度的刃具,如钻头、丝锥、锯条等。 Ｔ12、T１3钢，用于要求更高硬度、高耐磨性的锉刀、拉丝模具等。 （二)合金钢 合金钢的分类方法有多种,常见的有以下两种。 (1)按用途分类分为三类： 合金结构钢,用于制造各种性能要求更高的机械零件和工程构件; 合金结构钢，用于制造各种性能要求更高的刃具、量具和模具; 特殊性能钢,具有特殊物理和化学性能的钢,如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 (2）铵合金元素总含量多少分类分为三类:
一、0方通规格2 方管规格壁厚规格壁厚 15×15 0.8-1.2 50×50 1.2-4.0 16×16 0.6-1.5 60×60 1.5-4.0 18×18 0.6-1.8 70×70 1.5-4.0 20×20 0.6-1.8 80×80 1.7-4.0 25×25 0.8-2.5 90×90 1.7-4.0 30×30 0.8-2.75 100×100 1.5-4.0 40×40 1.0-4.0 0 0 方管最大可做到400*400壁厚12毫米 矩形管规格壁厚规格壁厚20×10 0.8-2.5 50×40 1.5-4.0 30×20 0.8-2.5 50×70 1.5-4.0 40×20 0.8-2.75 60×30 1.5-4.0 40×25 1.2-3.0 60×80 1.5-4.0 40×30 1.5-3.75 60×90 1.5-4.0 40×60 1.5-4.0 80×100 1.5-4.0 40×80 1.0-4.0 100×40 1.5-4.0 50×25 1.0-4.0 100×50 1.5-4.0 50×30 1.0-4.0 120×50 1.5-4.0 矩形管最大到400*300壁厚12毫米 工字钢规格重量表 2008年06月23日星期一11:39
五、工字钢单位重量表热轧普通工字钢每米重量表
热轧轻型工字钢每米重量表 二、角铁规格型号大全 规格型号材质规格型号材质 25*25*3 Q235B 90*90*7 Q235B 30*30*3 Q235B 90*90*8 Q235B 30*30*4 Q235B 90*90*9 Q235B 38-*38*3 Q235B 90*90*10 Q235B 38*38*4 Q235B 100*100*8 Q235B 40*40*3 Q235B 100*100*9 Q235B 40*40*4 Q235B 100*100*10 Q235B 40*40*5 Q235B 100*100*12 Q235B 50*50*4 Q235B 125*125*8 Q235B 50*50*5 Q235B 125*125*10 Q235B
医用金属材料的表面处理 ——医用钛合金的表面处理 在所有生物医用材料中，金属材料应用最早，而且在目前临床中的应用也仍最为广泛。金属材料用作生物医学材料主要用来修复骨骼、关节、牙齿以及血管等。最初用于临床的金属材料是具有一定抗蚀性能的不锈钢，其中最为常用的是346L奥氏体不锈钢。以后又发展了Co-Cr合金，此系列合金在生物环境中具有更好的抗腐蚀性， 初期对钛应用的发展很慢. 自从60年Brane- mark将钛合金用作口腔种植体后，钛作为外科植入材料才得到 了广泛发展。近年来钛及其合金以其与骨相近似的弹性模量、良好的生物相容性及在生物环境下优良的抗腐蚀性在临床上得到了越来越广泛的应用。 医用钛合金的发展可分为3个阶段：首先是以纯钛和Ti6Al4V合金为代表的第一阶段, 第二阶段Ti5Al2.5Fe 和Ti6Al7Nb等新型合金为代表，第三阶段以具有更好生物相容性和更低弹性模量的钛合金为代表。尽管近年来文献报道有多种新型医用钛合金问世，但目前临床广泛使用的钛合金仍以Ti6Al4V合金为主。总体来讲，目前使用 的钛合金主要存在以下几个方面的问题：（1）生物活性不理想。钛合金作为生物惰性材料植入体内，虽然与骨之间具有良好的生物相容性，但其与自然骨的成分截然不同，植入后种植体周围无纤维包囊形成，钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合，而非强有力的化学骨性结合。（2）耐磨性能较差。由于钛合金具有低的塑性 剪切抗力和加工硬化性能。同时表面氧化膜TiO2易于剥落, 对亚表层起不到很好的保护作用, 因而裸的钛合金不足以抵抗由相对运动引起的粘着和磨粒磨损, 磨损产生的磨屑会引起关节置换的无菌松动，并最终导致置换失败。（3）耐蚀性能有待进一步提高。金属材料的耐蚀性能将直接影响到其生物相容性。在正常条件下，钛合金表面 会生成一种十分稳定而连续的、结合牢固的氧化物钝化膜，因此通常具有良好的耐蚀性能。但由于人体环境的复杂性，在外力和体液的侵蚀下，表面钝化膜有可能被剥离、溶解，因此，在使用过程中会有物质释放到组织中，在生物体内产生毒性、炎症、血栓等反应。 针对医用钛合金存在的不足可从两方面入手：一是从材料本体着手，开发综合性能更优异的新型钛合金； 二是从材料表面着手，采用表面工程的方法对钛合金进行表面改性，使钛合金的综合性能大幅度提高，从而更适合于医学应用的要求。基于此近年来钛合金表面改性已成为生物材料学科最活跃、最引人注目和发展最迅速的领域之一。钛合金表面技术的发展大致经历了3个阶段：一是以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段；二是以 等离子体、粒子束、电子束的应用为标志的现代表面技术阶段；三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段。为了提高钛合金种植体的表面活性，改善钛合金的耐磨损和耐腐蚀性能，通过多种表面改性的方法来实现。 为了改善医用钛合金的生物活性，提高其血液相容性，通常是在钛合金表面制备一层生物活性陶瓷涂层。 业已研究的生物活性陶瓷涂层体系主要有羟基磷灰石、氟磷灰石、磷酸三钙、MgO-CaO-SiO2生物玻璃等，其中对前3 种陶瓷涂层研究较深入。目前，生物陶瓷涂层制备方法主要有：等离子喷涂法、电泳沉积法、离子束溅射法、射频磁控溅射法、浸渍涂层法、离子束动态混合法、激发物激光沉积法、溶胶-凝胶法、仿生溶液生长法、整合-烧结法和浸涂-烧结法等。 羟基磷灰石是构成人体硬组织（如骨和牙齿）的主要无机成分，占人骨无机成分的77%，齿骨中高达97%，其分子式为Ca10 ( PO4 ) 6 ( OH ) 2，晶体属六方晶系。羟基磷灰石涂层对人体无毒、无害、无致癌作用，具有很好的生物相容性和生物活性，其表面可与生理环境发生选择性的化学反应，诱导和促进新生骨组织在其表面生长，使机体长入羟基磷灰石涂层的金属种植体表面孔洞，在界面上与骨形成牢固的化学结合，并能抑制金属离子从种植体中释放到周围骨组织。采用等离子喷涂法在钛合金表面制备羟基磷灰石涂层，研究了羟基磷灰石涂层的应力状态和应力分布，着重考查了涂层表面和涂层与基体界面处的残余应力状态，发现在等离子喷涂过程中涂层温度和不同的冷却介质对羟基磷灰石涂层的残余应力状态有重要的影响。研究了激光熔覆羟基磷灰石生物陶瓷涂层在Hank s溶液中的溶解特性，并通过X 射线衍射、扫描电镜和傅里叶变换拉曼光谱仪考察了浸入溶液前后涂层的