新型医用高氮无镍不锈钢

高氮无镍不锈钢具有优良的综合理化性能和生物相容性,并有可能完全代替目前正在使用的含镍不锈钢,其临床应用已受到很多研究者的关注。综述了近年来国内外医用不锈钢的研究情况,并总结了目前存在的主要问题,展望了未来的发展应用。

新型高氮无镍不锈钢骨植入材料的体内外生物相容性研究

目的探讨新型高氮无镍不锈钢(HNS)骨植入材料的体内外生物相容性,为其临床应用提供安全性方面的科学依据。方法对HNS开展了细胞毒性、溶血性、遗传毒性(Ames和MLA试验)和致癌性方面的体外实验研究;进一步选择不同的动物评价了其皮内反应、致敏性和急性/亚慢性全身毒性;并以316L医用不锈钢材料为对照,研究兔胫骨内植入4w、12w和26w后HNS材料与骨组织之间的生物相容性。结果 HNS无明显的细胞毒性;无溶血;未诱发鼠伤寒沙门氏菌的体外基因回复突变;未引起体外哺乳动物细胞L5178Y/TK+/-的TK基因突变和染色体诱变;体外细胞转化试验结果为阴性;未引起动物皮肤过敏和皮内反应、不引起小鼠的急性全身毒性反应;亚慢性全身毒性试验中SD大鼠均未见临床全身毒性症状、试验组和对照组之间的体重及主要脏器体重比的差异均无统计学意义(P>0.05)、血液学和临床生化主要检测指标与对照组之间的差异均无统计学意义(P>0.05),动物的心、肺、肝、脾、肾、脑等主要脏器均未见异常改变。HNS植入后各期的组织学分析表明:相比316L医用不锈钢,HNS能更明显促进骨种植体周围的新骨形成。结论新型HNS骨植入材料对生物体全身组织器官无潜在的危害性,生物相容性好,具有临床应用前景。

一种新型医用高氮无镍不锈钢的生物相容性研究

研究了成骨细胞及血小板在不同氮含量的新型高氮无镍奥氏体不锈钢材料表面的粘附及细胞毒性表现。通过血小板粘附实验考察不同氮含量的高氮无镍奥氏体不锈钢材料的血液相容性;通过MTT实验和细胞粘附实验考察不同氮含量的高氮无镍奥氏体不锈钢材料的细胞相容性。结果表明,不同氮含量的高氮无镍奥氏体不锈钢材料对血小板粘附的影响不显著;不同氮含量的无镍不锈钢材料对成骨细胞的生长、形态和增殖不构成伤害,且氮含量对细胞的粘附影响并不显著;细胞毒性实验表明,高氮无镍奥氏体不锈钢和对照组钛合金材料性能稳定,对成骨细胞的生长没有产生明显的毒副作用。

新型高氮无镍不锈钢与L605合金及316L不锈钢生物相容性对比研究

本文针对新型医用材料高氮无镍不锈钢与冠脉支架材料L605合金和316L不锈钢的生物相容性展开研究。血液相容性研究结果表明,3种材料均具有良好的抗溶血性能,但高氮无镍不锈钢抗溶血性能明显优于L605合金和316L不锈钢。细胞实验结果表明,相较于L605合金和316L不锈钢,高氮无镍不锈钢可以有效地抑制血管平滑肌细胞增殖,对于降低支架内再狭窄具有重要意义。

高氮无镍不锈钢接骨板的轻量化设计及生物力学研究——空心结构的影响

临床应用的高氮奥氏体不锈钢具有优良的力学性能、腐蚀性能和生物相容性,特别是其强度达到医用316L不锈钢强度2倍左右,但是临床用植入器件并没有充分利用其高强度的优势而进行结构尺寸的优化设计。本文采用有限元方法模拟研究空心结构高氮无镍不锈钢接骨板内孔的数量及孔径变化对弯曲抗力和应力分布的影响规律,结果表明随着孔数和孔径的增加,接骨板的轻量化率呈线性提高,同时三点弯曲时的弯曲抗力也明显降低,均成线性关系,应力分布随着孔的加入逐渐均匀。对于高强度的高氮无镍不锈钢而言,采用三孔结构及孔径为接骨板厚50%的设计,可以实现约15%的轻量化,而且保持较高的抗弯曲性能。同时根据研究结果,建议临床用316L不锈钢接骨板和钛合金接骨板可以采用双孔结构,孔径控制在接骨板厚度的50%以内,能够实现10%左右的轻量化,同时弯曲抗力不明显下降。

高氮无镍不锈钢性能研究

经过工艺、硬度、耐磨性、耐腐蚀性测试,研究新型高氮无镍不锈钢的性能,并与传统316不锈钢对比、分析。结果表明,与传统316不锈钢相比,新型高氮无镍不锈钢具有无害、制造成本低、综合性能好等优点,具体表现为其硬度值高,耐磨性能好。但是,它的耐腐蚀性能比316不锈钢差。

固溶处理对粉末注射成形高氮无镍不锈钢组织和性能的影响

为了提高粉末注射成形技术制备的高氮无镍奥氏体不锈钢的性能,开展了后续固溶热处理。系统研究了固溶温度、固溶保温时间对不锈钢微观组织和力学性能的影响,并对固溶前后不锈钢样品的耐腐蚀性能进行了比较。结果显示:渗氮烧结后奥氏体基体中析出的Cr_(2)N第二相影响了不锈钢的力学和耐腐蚀性能。固溶处理后,烧结形成的Cr_(2)N第二相消失,为纯奥氏体组织。当固溶温度为1150℃,固溶保温时间为10 min时,不锈钢抗拉强度达到889 MPa,延伸率达到16.8%,力学性能最优。与固溶处理前相比,固溶处理后不锈钢样品腐蚀评级由0级提高到10级,耐腐蚀性能大幅提高。

冷变形对00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢摩擦磨损性能的影响

对新型00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢进行不同变形量的冷轧处理,研究了高氮无镍不锈钢的冷变形性能以及冷变形对其摩擦磨损性能的影响。结果表明,高氮无镍不锈钢的奥氏体组织稳定,即使发生60%的冷变形也不产生形变马氏体;随着冷变形量的增加,高氮无镍不锈钢的强度、硬度提高,断后延伸率、加工硬化指数逐渐减小。在2、5和10 N载荷作用下,00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢的磨损速率随着冷变形量的增加呈现先减小后增加的趋势,且载荷为2 N和5 N时在20%变形量处高氮无镍不锈钢具有最佳耐磨性,载荷为10 N时40%变形态高氮无镍不锈钢的耐磨性最佳。同时,随着冷变形程度和载荷的增加,00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢的磨损机制逐渐由磨粒磨损、氧化磨损和脆性剥落转变为磨粒磨损和脆性剥落。

高氮无镍不锈钢接骨板的轻量化设计及生物力学研究:厚度减薄的影响

采用有限元方法模拟研究了高氮无镍不锈钢接骨板厚度减薄对其力学行为的影响规律。结果表明,接骨板厚度减薄18%以内,其抗弯能力、抗拉能力和抗压能力均优于传统尺寸的316L不锈钢接骨板。通过12周动物骨折模型研究了轻量化高氮无镍不锈钢骨板对骨折愈合后的生物力学的影响。结果表明,厚度减薄约14%的高氮无镍不锈钢接骨板固定兔子骨折股骨更有利于骨折的愈合和恢复。

多孔材料用无镍高氮不锈钢粉末制备工艺控制研究

本文通过中频冶炼和水雾化制粉工艺,制备一种无镍不锈钢合金粉末,并对雾化工艺参数对合金粉末物理和工艺性能的影响作了分析讨论,结果表明,提高雾化水压力和增大水锥角都有利于获得较细粉末,高压水11MPa或水锥角30°时合金粉末综合性能较好,球磨后可获得较高含氮量的粉末。

含铜高氮无镍奥氏体不锈钢的时效处理工艺

采用00Cr18Mn18M02N高氮无镍奥氏体不锈钢作为试验材料，以铜作为其抗菌元素，研究了改性材料的时效处理工艺、显微组织、抗菌性能和耐蚀性．结果表明，含铜的高氮无镍奥氏体不锈钢在700～900℃进行1～24h时效处理，氮化铬的析出量随着时效温度升高和时效时间延长而增加．该钢经800℃时效处理1h后可改善细菌黏附状况，但抗菌性能较弱，同时析出的氮化铬会明显损害耐蚀性，时效时间越长，耐蚀性受损越严重．开发铜合金化高氮无镍奥氏体抗菌不锈钢时，应从抗菌性和耐蚀性两方面综合老虑以优化．时效处理工劳．

0Cr18Mn18N0.6高氮无镍奥氏体不锈钢的变形与再结晶

常压冶炼的0Cr18Mn18N0.6奥氏体不锈钢热轧板材经固溶处理(1150℃保温10 h)后进行了20%、25%、30%、35%、40%、42%塑性变形,并将42%变形量的试样在750、800、850、900℃进行了1 h的再结晶,对塑性变形及再结晶前后的组织进行分析,同时比较了硬度。结果表明,塑性变形以平面滑移为主,形成大量的滑移带组成的变形织构,在变形过程中退火孪晶是界面弯曲变形;变形量为42%的试样开始再结晶温度为750℃,终了再结晶温度为900℃;再结晶后晶粒细小,硬度提高了44%。

高氮无镍奥氏体不锈钢的激光辐照组织

为了探索高氮无镍奥氏体不锈钢激光焊接的可行性,采用1.0、1.5和2.0 kW功率的激光对含0.092%C、0.59%N、17.69%Cr、13.83%Mn和2.89%Mo(质量分数)的不锈钢试样进行了辐照。对辐照区的熔池、熔合区、热影响区进行了金相检验、背散射电子衍射(EBSD)和硬度测定。结果表明:高氮无镍奥氏体不锈钢熔池呈上宽下窄的形状;用1和2 kW激光辐照的钢熔池的最大深度分别为2.7和3.9 mm。以不同功率激光辐照的钢,熔池区的硬度最低,为320 HV0.2左右,热影响区内再结晶区硬度最高,为350 HV0.2左右,熔合区硬度居于二者之间。此外,熔池内有大量的亚晶,其取向差约为2°~5°。

无镍高氮奥氏体不锈钢软化工艺研究

手表壳的制作工序包括冲压、软化退火、切削加工、磨、抛等。材料的加工硬化、回复、再结晶、晶粒长大、夹杂物等严重影响手表壳的生产效率。由于低镍或无镍高氮不锈钢不会使人体皮肤过敏,是制作手表壳的首选材料。为此,设计并炼制了一种含0.59%N(质量分数)的无镍高氮奥氏体不锈钢。研究了该钢的冲压和软化退火工艺、加工硬化率,并检测了使用该钢制作的手表壳坯的硬度。结果表明:氮能显著提高无镍奥氏体不锈钢的加工硬化率,是316L和904L钢的3倍以上。手表壳坯经多次冲压后,硬度从280 HV0.3提高到了400 HV0.3,并难以通过网带炉退火软化至原始硬度。将手表壳坯的软化退火工艺从1100℃保温25 min调整为1100℃保温35 min,并在每冲压6次后进行1100℃保温1 h的固溶处理。结果,无镍高氮奥氏体不锈钢手表壳坯的硬度达到了要求。

含银高氮无镍抗菌不锈钢HNSAg的冷作硬化和耐磨蚀性能

试验研究了超低碳Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢316L(/%:0.023C,0.55Si,0.86Mn,17.57Cr,11.23Ni,2.03Mo)和抗菌超低碳C卜Mn-Mo-N-Cu-Ag奥氏体不锈钢HNSAg(0.024C,0.48Si,18.72Mn,18.05Cr,1.96Mo,0.55N,0.48Cu,0.13Ag,0.12Nb)的冷作硬化和耐磨蚀性能。HNSAg钢由10 kg增压感应炉熔炼,锻成15 mm板,再经1 100℃1 h固溶水冷处理。结果表明,固溶状态的HNSAg钢的形变抗力较316L钢高,但仍然保持优良的塑性变形能力。在相同腐蚀磨损条件下,HNSAg钢耐磨蚀性能比316L钢高,其32 h耐磨蚀失重率约为316L钢的1/2。

医用高氮无镍奥氏体不锈钢的制备与生物相容性研究

主要探讨不同含氮量的无镍奥氏体不锈钢材料对血管内皮细胞及血小板粘附的影响。通过溶血率和血小板粘附试验考察不同含氮量的无镍奥氏体不锈钢材料的血液相容性;通过MTT试验和细胞粘附试验考察不同含氮量的无镍奥氏体不锈钢材料的细胞相容性。结果表明不同含氮量的无镍奥氏体不锈钢材料的溶血率都低于国家标准的5%,对血小板粘附的影响不显著;粘附在高氮无镍奥氏体不锈钢材料表面的血管内皮细胞数量均多于钛合金材料,且细胞生长状态良好;细胞毒性试验表明,不同含氮量的高氮无镍奥氏体不锈钢材料和对照组钛合金材料对血管内皮细胞没有产生明显的毒副作用。

Caspase-3表达强度评价新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢的生物相容性

目的:利用凋亡相关因子Caspase-3的表达强度分析新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢的生物相容性。方法:设立实验组(新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢组),对照组(317L不锈钢组、钴铬合金组、金合金组、空白组)。用5种液体分别培养L929细胞48h后,进行Hoechst33342/PI双染,荧光显微镜下观察活细胞、凋亡细胞、坏死细胞;用5种液分别培养L929细胞4h后收集细胞,提取蛋白,染色后用分光光度计测定A值,计算Caspase-3活化度。结果:各组细胞加样培养48h后Hoechst33342/PI双染,荧光显微镜观察实验各组均可见凋亡细胞;各组材料Caspase-3活化度由小到大依金合金组次为:空白对照组<金合金组<新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢<钴铬合金<317L不锈钢。各组之间Caspase-3活化度有显著性差异(P<0.05)。结论:新型医用高氮无镍奥氏体不锈钢具有较佳的生物相容性,优于钴铬合金及317L不锈钢。

固溶处理对06Cr23Mn22MoN高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱、X射线光电子能谱等研究了固溶处理(固溶温度范围为800~1200℃,保温时间为1 h)对06Cr23Mn22MoN高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:高氮无镍奥氏体不锈钢耐腐蚀性能主要受第二相、钝化膜及晶粒尺寸的影响;固溶温度由800℃升高到1100℃,随着Cr2N的逐渐消除,实验钢的耐腐蚀性能逐渐改善;在固溶温度为1100℃时,Cr2N向表面富集反应生成NH4+和NH3并吸附在钝化膜表面,提高了钝化膜的稳定性,实验钢的耐腐蚀性能最好;当固溶温度高于1100℃时,晶粒长大会降低表面原子活性,形成钝化膜的速度减慢,导致实验钢的耐腐蚀性能降低。

注射成型高氮无镍奥氏体不锈钢腐蚀性能及其细胞毒性评估

奥氏体不锈钢具有优异的耐腐蚀性及加工成型性。添加氮作为合金元素能显著提高奥氏体不锈钢的综合力学性能,同时能增强奥氏体的稳定性和奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。金属注射成型是适合制备粉末冶金高氮不锈钢零件的成型技术,能有效克服含氮不锈钢粉末难成型的缺点。利用金属注射成型在烧结阶段与氮气充分接触,能缩短氮扩散距离和渗氮时间,使烧结件里的氮元素分布更为均匀。基于此,文章研究成功以成本低廉的无镍CrMn双相不锈钢粉末为原料,通过渗氮烧结,制备出高氮无镍奥氏体不锈钢块体,测试其耐腐蚀性能并对其细胞毒性进行评估。

0Cr21Mn17Mo2NbN奥氏体不锈钢等温时效研究

对0Cr21Mn17Mo2Nb N高氮无镍奥氏体不锈钢进行1140℃固溶处理,水淬冷却,然后在800℃进行不同保温时间的时效处理,并利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和洛氏硬度计来观察等温时效下实验钢的析出状况以及实验钢的硬度。实验结果表明,随800℃等温时间的延长,Cr2N不断以粒状、短棒状、片层状形式析出;时效时间不断延长,氮化物的析出伴随有σ相析出;由于时效过程中Cr2N的长大和σ相的析出,硬度总体呈现先上升后下降再接着上升的状态。