鉻和鉬含量對鈷合金的影響

鈷（Co）鉻（Cr）鉬（Mo）合金系統因其優異的金屬性能而被廣泛用於骨科植入物。近期有研究人員就Co和Mo的增量對鈷合金的晶體結構、納米壓痕和腐蝕性能的影響進行了研究。該研究主要關注Co/Cr/Mo合金體系的結構、物理化學和納米壓痕特性。

許多研究小組目前正致力於創造新的合金和金屬，以提高骨科植入物的有效性，特別是對年輕和更活躍的病人。Co/Cr/Mo合金系統在這方面是一個重要的合金組，因為它們具有特殊的物理可靠性、磨損有效性和耐腐蝕性。

雖然ASTM指南限制了Co/Cr/Mo合金系統的合金配置，但它們也提供了一些成分區域，在這些區域內可以獲得各種具有不同納米結構和相組成的合金配置。這使得Co/Cr/Mo合金系統的機械、納米壓痕和電氣性能可以定制。

Co/Cr/Mo合金體系的物理和流變學特徵來自於合金的晶體結構和冶金形態，這兩者都由合金成分決定。

碳是Co/Cr/Mo合金體系中的一個關鍵成分。雖然碳不溶於純鈷，但它能與鉻和鉬產生碳化物，在基體內部發揮結晶的作用，防止位錯滑移。

這些碳化物可以幫助強化Co/Cr/Mo合金，儘管它們對流變效果的影響因合金的處理方式而異。處理常式對基體內碳化物的形狀、含量、分散性和尺寸分佈有影響，這反過來又會影響Co/Cr/Mo合金體系的效率。

鈷、鉻和鉬可以在面心立方（FCC）或六方密實（HCP）相中作為一種單一的穩定混合物共存。純鈷在417攝氏度時經歷了從FCC到HCP相的轉變。然而，當它與HCP Cr和Mo合金結合時，轉變溫度會上升。

這些材料中的FCC狀態具有更強的柔韌性和彈性模量，但合金的低晶格畸變能限制了位錯交叉滑動。這在Co/Cr/Mo合金中造成了廣泛的堆積缺陷，使得應變引起的變化成為HCP相。

這些變化改善了合金的摩擦學性能。它不僅使Co/Cr/Mo合金表面更加堅韌，而且在相同的條件和滑動速度下，由單晶HCP合金產生的摩擦係數比由FCC合金獲得的摩擦係數大約低50%。

（圖片來源：icdeurope.com）

純鈷是揮發性的，在富含氯的環境中使用時容易受到腐蝕攻擊。鉻通過在合金介面上形成一層強化的被動氧化膜來防止這種揮發性。將鉬以氧化物或金屬的形式加入，進一步支持了被動效應。

儘管鉻、鈷和鉬是人體特定代謝功能所需的，但由於可能出現的炎症反應，任何超過一定水準的增加都被認為是不可取的。

由於Co/Cr/Mo系統的含量是決定其特性的關鍵，研究人員集中于生產多樣化的合金成分。X射線衍射被用來研究對結晶結構的影響。此外，還試圖確定具有更好腐蝕和機械特性的最佳Co/Cr/Mo合金含量。

Co/Cr/Mo合金的韌性隨著Cr比例的增加而線性增加。開路電壓、線性掃頻電位儀和極化電阻測量顯示，將鉻添加到30wt.%會增加Co/Cr/Mo合金系統的鈍化性，隨後的任何增加都會產生腐蝕特性的惡化。

基於這些發現，研究人員認為，本研究中調查的Co/Cr/Mo合金在許多骨科應用中具有良好的潛力，只需要仔細調節鈷合金含量的濃度。

• < 前一頁
• 下一個 >