铬和钼含量对钴合金的影响

钴（Co）铬（Cr）钼（Mo）合金系统因其优异的金属性能而被广泛用于骨科植入物。近期有研究人员就Co和Mo的增量对钴合金的晶体结构、纳米压痕和腐蚀性能的影响进行了研究。该研究主要关注Co/Cr/Mo合金体系的结构、物理化学和纳米压痕特性。

许多研究小组目前正致力于创造新的合金和金属，以提高骨科植入物的有效性，特别是对年轻和更活跃的病人。Co/Cr/Mo合金系统在这方面是一个重要的合金组，因为它们具有特殊的物理可靠性、磨损有效性和耐腐蚀性。

虽然ASTM指南限制了Co/Cr/Mo合金系统的合金配置，但它们也提供了一些成分区域，在这些区域内可以获得各种具有不同纳米结构和相组成的合金配置。这使得Co/Cr/Mo合金系统的机械、纳米压痕和电气性能可以定制。

Co/Cr/Mo合金体系的物理和流变学特征来自于合金的晶体结构和冶金形态，这两者都由合金成分决定。

碳是Co/Cr/Mo合金体系中的一个关键成分。虽然碳不溶于纯钴，但它能与铬和钼产生碳化物，在基体内部发挥结晶的作用，防止位错滑移。

这些碳化物可以帮助强化Co/Cr/Mo合金，尽管它们对流变效果的影响因合金的处理方式而异。处理程序对基体内碳化物的形状、含量、分散性和尺寸分布有影响，这反过来又会影响Co/Cr/Mo合金体系的效率。

钴、铬和钼可以在面心立方（FCC）或六方密实（HCP）相中作为一种单一的稳定混合物共存。纯钴在417摄氏度时经历了从FCC到HCP相的转变。然而，当它与HCP Cr和Mo合金结合时，转变温度会上升。

这些材料中的FCC状态具有更强的柔韧性和弹性模量，但合金的低晶格畸变能限制了位错交叉滑动。这在Co/Cr/Mo合金中造成了广泛的堆积缺陷，使得应变引起的变化成为HCP相。

这些变化改善了合金的摩擦学性能。它不仅使Co/Cr/Mo合金表面更加坚韧，而且在相同的条件和滑动速度下，由单晶HCP合金产生的摩擦系数比由FCC合金获得的摩擦系数大约低50%。

（图片来源：icdeurope.com）

纯钴是挥发性的，在富含氯的环境中使用时容易受到腐蚀攻击。铬通过在合金界面上形成一层强化的被动氧化膜来防止这种挥发性。将钼以氧化物或金属的形式加入，进一步支持了被动效应。

尽管铬、钴和钼是人体特定代谢功能所需的，但由于可能出现的炎症反应，任何超过一定水平的增加都被认为是不可取的。

由于Co/Cr/Mo系统的含量是决定其特性的关键，研究人员集中于生产多样化的合金成分。X射线衍射被用来研究对结晶结构的影响。此外，还试图确定具有更好腐蚀和机械特性的最佳Co/Cr/Mo合金含量。

Co/Cr/Mo合金的韧性随着Cr比例的增加而线性增加。开路电压、线性扫频电位仪和极化电阻测量显示，将铬添加到30wt.%会增加Co/Cr/Mo合金系统的钝化性，随后的任何增加都会产生腐蚀特性的恶化。

基于这些发现，研究人员认为，本研究中调查的Co/Cr/Mo合金在许多骨科应用中具有良好的潜力，只需要仔细调节钴合金含量的浓度。

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