Войти
Кобальт-хром диск с мостовидными протезами и коронками, изготовленными с использованием WorkNC Dental Кобальт-хром или кобальт-хром (CoCr ) - это металлический сплав из кобальт и хром. Кобальт-хром имеет очень высокую удельную прочность и обычно используется в газовых турбинах, зубных имплантатах и ортопедических имплантатах.
Сплав Co-Cr был впервые обнаружен Элвудом Хейнсом в начале 1900-х годов путем сплавления кобальта и хрома. Впервые был обнаружен сплав с множеством других элементов, таких как вольфрам и молибден. Хейнс сообщил, что его сплав был способен противостоять окислению и коррозионным испарениям и не проявлял видимых признаков потускнения даже при воздействии на сплав кипящей азотной кислоты. Под названием Stellite ™ сплав Co-Cr использовался в различных областях, где требовалась высокая износостойкость, включая аэрокосмическую промышленность, столовые приборы, подшипники, лезвия и т. Д.
Сплав Co-Cr стал привлекать все больше внимания, поскольку было найдено его биомедицинское применение. В 20 веке этот сплав был впервые использован в производстве медицинских инструментов, а в 1960 году был имплантирован первый протез сердечного клапана из Co-Cr, который прослужил более 30 лет, показав свою высокую износостойкость. В последнее время из-за превосходных прочностных свойств, биосовместимости, высоких температур плавления и невероятной прочности при высоких температурах сплав Co-Cr используется для изготовления многих искусственных суставов, включая бедра и колени, частичных мостовидных протезов, газовые турбины и многие другие.
Обычное производство сплава Co-Cr требует извлечения кобальта и хрома из оксида кобальта и оксид хрома руды. Обе руды должны пройти процесс восстановления для получения чистых металлов. Хром обычно проходит через метод алюмотермического восстановления, а чистый кобальт может быть получен многими различными способами в зависимости от характеристик конкретной руды. Затем чистые металлы сплавляют вместе в вакууме либо с помощью электрической дуги, либо с помощью индукционной плавки. Из-за химической реакционной способности металлов при высокой температуре для этого процесса требуются условия вакуума или инертная атмосфера, чтобы предотвратить поглощение кислорода металлом. ASTM F75, сплав Co-Cr-Mo, производится в инертной атмосфере аргона путем выброса расплавленных металлов через небольшое сопло, которое немедленно охлаждается, чтобы получить мелкодисперсный порошок сплава.
Однако синтез Co -Cr-сплав с помощью упомянутого выше метода очень дорог и труден. Недавно, в 2010 году, ученые Кембриджского университета произвели сплав с помощью нового электрохимического метода твердофазного восстановления, известного как FFC Cambridge Process, который включает восстановление катода-предшественника оксида в расплавленном хлориде. электролит.
Сплавы Co-Cr демонстрируют высокую стойкость к коррозии из-за самопроизвольного образования защитной пассивной пленки, состоящей в основном из Cr2O3 и незначительных количеств оксидов кобальта и других металлов. на поверхности. Как показывает его широкое применение в биомедицинской промышленности, сплавы Co-Cr хорошо известны своей биосовместимостью. Биосовместимость также зависит от пленки и того, как эта окисленная поверхность взаимодействует с физиологической средой. Хорошие механические свойства, аналогичные свойствам нержавеющей стали, являются результатом многофазной структуры и выделения карбидов, которые значительно повышают твердость сплавов Co-Cr. Твердость сплавов Co-Cr варьируется в диапазоне 550-800 МПа, а предел прочности на разрыв изменяется в пределах 145-270 МПа. Кроме того, прочность на растяжение и усталость радикально возрастает по мере их термической обработки. Однако сплавы Co-Cr имеют тенденцию иметь низкую пластичность, что может вызвать разрушение компонентов. Это вызывает беспокойство, поскольку сплавы обычно используются при замене тазобедренного сустава. Чтобы преодолеть низкую пластичность, добавляют никель, углерод и / или азот. Эти элементы стабилизируют γ-фазу, которая имеет лучшие механические свойства по сравнению с другими фазами сплавов Co-Cr.
Существует несколько сплавов Co-Cr, которые обычно производятся и используются в Различные поля. ASTM F75, ASTM F799, ASTM F1537 - это сплавы Co-Cr-Mo с очень похожим составом, но несколько разными производственными процессами, ASTM F90 - это сплав Co-Cr-W-Ni, а ASTM F562 - сплав Co -Ni-Cr-Mo-Ti сплав.
В зависимости от процентного содержания кобальта или хрома и температуры сплавы Co-Cr проявляют разные структуры. Σ-фаза, в которой сплав содержит примерно 60-75% кобальта, имеет тенденцию быть хрупкой и подверженной разрушению . Кристаллическая структура ГЦК обнаруживается в γ-фазе, и γ-фаза показывает улучшенную прочность и пластичность по сравнению с σ-фазой. Кристаллическая структура ГЦК обычно встречается в сплавах с высоким содержанием кобальта, в то время как сплавы с высоким содержанием хрома обычно имеют кристаллическую структуру ОЦК. Сплав Co-Cr γ-фазы может быть преобразован в ε-фазу при высоких давлениях, что демонстрирует кристаллическую структуру HCP.
Co-Cr сплавы чаще всего используются для изготовления искусственных суставов, включая коленные и тазобедренные суставы, благодаря высокой износостойкости и биосовместимости. Сплавы Co-Cr имеют тенденцию быть коррозионно-стойкими, что снижает осложнения с окружающими тканями при имплантации, и химически инертными, что сводит к минимуму возможность раздражения, аллергической реакции и иммунный ответ. Сплав Co-Cr также широко используется в производстве стентов и других хирургических имплантатов, поскольку сплав Co-Cr также демонстрирует отличную биосовместимость с кровью и мягкими тканями. Состав сплава, используемого в ортопедических имплантатах, описан в промышленном стандарте ASTM -F75: кобальт с 27-30% хромом, от 5 до 7% молибденом и ограничениями на других важных элементах, таких как марганец и кремний, менее 1%, железо, менее 0,75%, никель, менее 0,5%, и углерод, азот, вольфрам, фосфор, сера, бор и т. д.
Помимо кобальт-хром-молибдена (CoCrMo), для имплантатов также используется кобальт-никель-хром-молибден (CoNiCrMo). Возможная токсичность высвобождаемых ионов Ni из сплавов CoNiCr, а также их ограниченные фрикционные свойства являются предметом озабоченности при использовании этих сплавов в качестве компонентов сочленения. Таким образом, CoCrMo обычно является преобладающим сплавом для тотального сустава артропластики.
частичного протеза из Co-Cr. сплава Co-Cr зубных протезов и литых частичных зубные протезы обычно производятся с 1929 года из-за более низкой стоимости и меньшей плотности по сравнению с сплавами золота; однако сплавы Co-Cr имеют тенденцию проявлять более высокий модуль упругости и сопротивление циклической усталости, которые являются важными факторами для зубных протезов. Сплав обычно используется в качестве металлического каркаса для частичных зубов. Хорошо известной торговой маркой для этой цели является Vitallium.
. Благодаря механическим свойствам, таким как высокая коррозионная и износостойкость, сплавы Co-Cr (например, стеллиты ) являются используется в производстве ветряных турбин, компонентов двигателей и многих других промышленных / механических компонентов, где требуется высокая износостойкость.
Сплав Co-Cr также очень часто используется в индустрии моды для изготовления ювелирных изделий, особенно обручальных колец.
Металлы, выделяемые инструментами и протезами из сплава Co-Cr, могут вызывать аллергические реакции и кожные экзему. Следует избегать протезирования или любого медицинского оборудования с высоким массовым содержанием никеля из сплава Co-Cr из-за низкой биосовместимости, поскольку никель является наиболее распространенным металлическим сенсибилизатором в организме человека.
