মেডিকেল টাইটানিয়ামের কর্মক্ষমতা বিশ্লেষণ

একটি গুরুত্বপূর্ণ কার্যকরী উপাদান হিসাবে, টাইটানিয়াম ধাতু ব্যাপকভাবে মহাকাশ, শক্তি শিল্প, চিকিৎসা সরবরাহ এবং কম ঘনত্ব, উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তি এবং ভাল জারা প্রতিরোধের সুবিধার জন্য অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়। মেডিকেল টাইটানিয়াম এবং টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের বিকাশ মোটামুটিভাবে তিনটি সময়কালে বিভক্ত:

প্রথম পিরিয়ডটি বিশুদ্ধ টাইটানিয়াম এবং Ti-6AI-4V; দ্বিতীয় পর্যায়টি + -টাইপ অ্যালয়, Ti-5A1-2.5Fe এবং Ti-6Al-7Nb দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়; এবং তৃতীয় পর্যায়টি উন্নততর জৈবিক বৈশিষ্ট্য সহ টাইটানিয়াম সংকর ধাতুগুলির বিকাশ এবং প্রতিরক্ষার প্রধান লাইন হিসাবে নিম্ন ইলাস্টিক মডুলাস দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়। নতুন টাইটানিয়াম খাদ উপকরণের প্রয়োগ মূলধারার চিকিৎসা ডিভাইস উন্নয়নের বর্তমান দিক হতে হবে।

চীনে চিকিৎসা টাইটানিয়াম সংকর ধাতুর উপর গবেষণা 1970-এর দশকে শুরু হয়, উত্তর-পশ্চিম ননফেরাস মেটালস রিসার্চ ইনস্টিটিউট Ti-2.5Al-2.5Mo-2.5Zr (TAMZ), এবং 1990-এর দশকে Ti-6Al-4V, Ti-Al-2.5Fe এবং Ti-6Al-7Nb উপকরণগুলির স্বাধীন বুদ্ধিবৃত্তিক সম্পত্তির অধিকার নিয়ে বিকাশ করেছে৷ চাইনিজ একাডেমি অফ সায়েন্সেস একটি নতুন টাইটানিয়াম অ্যালয় Ti-24Nb{{16}Zr-7.6Sn তৈরি করেছে। প্রধান দিক সক্রিয় প্রয়োগের জন্য নতুন উপকরণ এবং টাইটানিয়াম খাদ উপকরণ যুগান্তকারী করতে টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলির চীনের বর্তমান বিকাশ।

I. টাইটানিয়ামের ক্ষয়

টাইটানিয়াম একটি তাপগতিগতভাবে অস্থির ধাতু, প্যাসিভেশন পটেনশিয়াল আরও নেতিবাচক, -1.63V এর স্ট্যান্ডার্ড ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য। অতএব, বায়ুমণ্ডল এবং জলীয় দ্রবণে প্যাসিভেশন বৈশিষ্ট্য, ভাল জারা প্রতিরোধের সাথে অক্সিডাইজড ফিল্মের একটি স্তর গঠন করা সহজ।

1, বিভিন্ন মিডিয়াতে টাইটানিয়াম জারা প্রতিরোধের

চিকিৎসা সামগ্রীর জারা প্রতিরোধের অধ্যয়ন করা বেশ গুরুত্বপূর্ণ। একদিকে, ইমপ্লান্ট করা উপাদানের কিছু ধাতব আয়ন বা ক্ষয়কারী দ্রব্য জীবের টিস্যুতে প্রবেশ করে, যা বিভিন্ন মাত্রার শারীরবৃত্তীয় প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি করতে পারে; অন্যদিকে, শরীরের তরল উপস্থিতির কারণে, কিছু উপাদানের কর্মক্ষমতা মারাত্মকভাবে হ্রাস পেতে পারে, যার ফলে দ্রুত ক্ষতি বা এমনকি ব্যর্থতাও হতে পারে। মানবদেহের তুলনামূলকভাবে জটিল পরিবেশের কারণে ট্রেস উপাদানগুলি দ্রবীভূত হওয়ার এবং অক্সাইড স্তরের স্থায়িত্ব পরিবর্তন হওয়ার সম্ভাবনা বেশি। সামান্য ঘর্ষণ টাইটানিয়াম পৃষ্ঠের প্যাসিভেশন ফিল্ম গঠনে বিভিন্ন মাত্রার ক্ষতির সম্মুখীন হতে পারে, যেমন অক্সিজেন-দরিদ্র পরিবেশে, অক্সাইড স্তরের স্থায়িত্ব দুর্বল হয়ে পড়ে, ক্ষতিগ্রস্ত হলে তাৎক্ষণিকভাবে মেরামত করা যায় না বা একটি নতুন অক্সাইড স্তর তৈরি হয়। , ক্ষয় হওয়ার সম্ভাবনা বেশি। মানবদেহের বারবার নড়াচড়া এবং যন্ত্রের ব্যবহারে এই পরিস্থিতি প্রায় অনিবার্য। প্লাস্টিকের বিকৃতি উপাদানটির সাংগঠনিক অবস্থাকে পরিবর্তন করবে, যা ফলস্বরূপ উপাদানটির ক্ষয় কর্মক্ষমতাকে প্রভাবিত করবে। উপাদানের জারা কর্মক্ষমতা উপর প্লাস্টিকের বিকৃতির বিভিন্ন ডিগ্রী ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়। প্লাস্টিকের বিকৃতির প্রক্রিয়ায়, ইন্টারফেস এবং শস্যের ত্রুটির ফলে অভ্যন্তরীণ চাপের ঘনত্বের কারণে, তাই, প্লাস্টিকের বিকৃতি উপাদানের ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতাকে দুর্বল করবে।

2, টাইটানিয়াম জারা প্রক্রিয়া

টাইটানিয়াম হল IVB গ্রুপের একটি রূপান্তর উপাদান, রাসায়নিক প্রকৃতি আরও সক্রিয়, এবং অক্সিজেনের একটি মহান সখ্যতা রয়েছে। যেকোনো অক্সিজেন-ধারণকারী মাধ্যমে, টাইটানিয়ামের পৃষ্ঠটি একটি ঘন প্যাসিভেশন ফিল্ম তৈরি করা সহজ, প্যাসিভেশন ফিল্মটি অত্যন্ত পাতলা, এর পুরুত্ব সাধারণত কয়েক ন্যানোমিটার থেকে দশ ন্যানোমিটার পর্যন্ত হয়। টাইটানিয়াম সংকর ধাতুগুলিতে একটি প্যাসিভেশন ফিল্মের উপস্থিতির ফলে পৃষ্ঠের সক্রিয় দ্রবীভূত ক্ষেত্র হ্রাস পায় এবং দ্রবীভূত হওয়ার হার হ্রাস পায়, এইভাবে দ্রবীভূত হওয়ার কারণে ক্ষতি প্রতিরোধ করে। উপরন্তু, প্যাসিভেশন ফিল্মটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে মেরামত করতে সক্ষম, যখন ক্ষতিগ্রস্ত হয়, দ্রুত একটি নতুন প্রতিরক্ষামূলক ফিল্ম গঠন করতে পারে। ফলস্বরূপ, টাইটানিয়ামের ভাল জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে। টাইটানিয়াম ধাতু জীবন্ত প্রাণীর মধ্যে বসানো, জারা ফর্ম ছিদ্র ক্ষয়, স্ট্রেস জারা, ফাটল ক্ষয়, গ্যালভানিক কাপলিং জারা, এবং পরিধান এবং টিয়ার ক্ষয় বিভক্ত করা যেতে পারে।

2.1 স্ট্রেস জারা

স্ট্রেস জারা হল ধাতু ফেটে যাওয়ার ঘটনা যখন প্রসার্য চাপ এবং ক্ষয় একই সাথে কাজ করে। সাধারণ প্রক্রিয়াটি হল: প্রসার্য চাপের ভূমিকা যাতে ধাতুর পৃষ্ঠে উত্পন্ন প্রতিরক্ষামূলক ফিল্মটি ফেটে যেতে শুরু করে, পিটিং জারা বা ফাটল জারা ফাটল উত্সের গঠন, বিকাশের অনুদৈর্ঘ্য গভীরতা পর্যন্ত, একই সময়ে, প্রসার্য চাপের ভূমিকা প্রতিরক্ষামূলক ফিল্মটিকে বারবার ফেটে যেতে পারে, ফাটলের প্রসার্য চাপের দিকে লম্ব তৈরি করতে পারে বা এমনকি ফেটে যেতে পারে।

2.1.1 টাইটানিয়াম খাদ স্ট্রেস জারা প্রভাবিত কারণ

টাইটানিয়াম খাদের উপর SCC এর সংঘটন তিনটি কারণের যৌথ কর্মের ফলাফল: পরিবেশ, চাপ এবং উপাদান, SCC অত্যন্ত নির্বাচনী, যতক্ষণ না উপরের তিনটি কারণের যেকোনো একটি পরিবর্তন করা হয়, SCC ঘটবে না।

(1) পরিবেশ

(1) মাঝারি

টাইটানিয়াম সংকর ধাতুগুলি অনেক জলীয় দ্রবণ, পাতিত জল, জৈব দ্রবণ এবং গরম লবণ ইত্যাদিতে SCC এর মধ্য দিয়ে যেতে পারে৷ SCC-এর প্রক্রিয়া বিভিন্ন মিডিয়াতে একই নয়৷

(2) pH মান

টাইটানিয়াম খাদ SCC প্রভাব pH মান যথেষ্ট মতবিরোধ আছে. সাধারণভাবে, pH মান বৃদ্ধির সাথে সাথে, টাইটানিয়াম খাদ SCC সংবেদনশীলতা হ্রাস পায়, যখন 13-14 এর pH মান, প্রায়ই SCC কে বাধা দিতে পারে, কিন্তু SCC-তে স্থানীয় ফাটলগুলির সামনের অংশে পরিবর্তনগুলি এমনকি একটি শক্তিশালী ক্ষয়কারী গঠন করতে পারে। 2-3 এর pH মানের পরিবেশ।

(3) সম্ভাব্য

SCC ডিগ্রী উপর সম্ভাব্য প্রভাব সমালোচনামূলক. জারা সিস্টেমের খাদ এবং মাঝারি রচনা ভিন্ন, এর SCC সংবেদনশীল সম্ভাবনা ভিন্ন। যেমন B - জলীয় দ্রবণে হ্যালাইড ধারণকারী টাইটানিয়াম খাদ, যখন -600mV এর আশেপাশে সম্ভাব্য, SCC বৃদ্ধি; অতিরিক্ত প্যাসিভেশন সম্ভাবনার মধ্যে, ফাটলও তৈরি করা উচিত; কিন্তু -1000 এর কম এমভি সম্ভাব্যতা ক্র্যাক হয় না। Cl- এবং Br- ধারণকারী জলীয় দ্রবণে, Ti8Al1Mo1V-এর SCC সংবেদনশীল সম্ভাবনা হল -500mV{{10}}mV, যেখানে I-, 0mV বা তার বেশি সমন্বিত জলীয় দ্রবণে সংবেদনশীল সম্ভাব্য এলাকা।

(4) তাপমাত্রা

তাপমাত্রা টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের SCC কে প্রভাবিত করে এমন একটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ। সাধারণভাবে বলতে গেলে, তাপমাত্রা বৃদ্ধি পায়, SCC সংবেদনশীলতা বৃদ্ধি পায়। {{0}} ডিগ্রি গরম লবণ - বায়ু পরিবেশে, Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn অ্যালয় স্ট্রেস ক্ষয় 450 ডিগ্রি বা তার বেশি SCC-তে সংবেদনশীল। H2S+CO2+NaCl+S এর দ্রবণে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ Pd বা Mo সহ Ti6Al4V অ্যালয়গুলি 250 ডিগ্রির তুলনায় 200 ডিগ্রিতে SCC-এর প্রতি কম সংবেদনশীল ছিল। যাইহোক, মানবদেহে ইমপ্লান্ট করা উপাদানের তাপমাত্রা সংবেদনশীলতা সীমিত।

(5) ক্ল-আয়ন ঘনত্ব

দ্রবণে Cl- ঘনত্ব যত বেশি, এর SCC সংবেদনশীলতা তত বেশি।

(2) মানসিক চাপ

কোল্ড ওয়ার্কিং, ফরজিং, ওয়েল্ডিং, হিট ট্রিটমেন্ট বা অ্যালয়েস অ্যাসেম্বলির সময় উত্পন্ন অবশিষ্ট চাপের কারণে SCC দুর্ঘটনাগুলি সামগ্রিক SCC দুর্ঘটনার 40% জন্য দায়ী। এছাড়াও, কাজের সময় বা জারা পণ্যের আয়তনের প্রভাবের কারণে বা জারা পণ্যগুলির আয়তনের প্রভাবের কারণে অসম চাপের কারণে উত্পন্ন বাহ্যিক চাপ, ইত্যাদি, সমস্ত চাপের উত্স যা SCC তৈরি করে। চাপের মাত্রা যত বেশি হবে, SCC হওয়ার সময় তত কম হবে।

3) উপাদান

একই পরিবেশগত মাধ্যমে, যদি উপাদানটির রাসায়নিক গঠন, পৃথকীকরণ, সংগঠন, শস্যের আকার, স্ফটিক ত্রুটি, বৈশিষ্ট্য, তাপ চিকিত্সা এবং পৃষ্ঠের অবস্থা ইত্যাদি ভিন্ন হয়, তবে এর স্ট্রেস জারা আচরণ এবং মাত্রাও ভিন্ন। টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলিতে অল্প পরিমাণে Pd, Mo বা Ru যুক্ত করা তাদের স্ট্রেস জারা সংবেদনশীলতা হ্রাস করতে পারে। পিক বার্ধক্য দ্বারা চিকিত্সা করা Ti6Al4V এবং Ti15V3Cr3Al3Sn অ্যালয়গুলির SCC সংবেদনশীলতা annealed অবস্থার তুলনায় বেশি। যখন Ti6Al4V অ্যালোয় অক্সিজেনের পরিমাণ 0.13% এর চেয়ে কম হয়, তখন SCC সংবেদনশীলতা ব্যাপকভাবে হ্রাস পেতে পারে।

2.1.2 সাধারণ সমাধান

একটি নির্দিষ্ট মাধ্যমে টাইটানিয়াম অ্যালোয়ের SCC সংবেদনশীলতা দূর করতে বা কমাতে, নিম্নলিখিত সমাধানগুলি ব্যবহার করা যেতে পারে।

(1) অবশিষ্ট চাপ দূর করুন

যন্ত্রাংশ তৈরির পরে উত্পন্ন স্থানীয় অবশিষ্ট চাপ দূর করতে পুরো অ্যানিলিং বা স্থানীয় অ্যানিলিং পদ্ধতির মাধ্যমে নির্মূল করা যেতে পারে। এই সময়ে উপাদানের শক্তি, প্লাস্টিসিটি বা বলিষ্ঠতার উপর তাপ চিকিত্সার নেতিবাচক প্রভাব বিবেচনা করা উচিত।

(2) খাদ

প্রথাগত সংকর ধাতুগুলির জন্য, খাদের পরিস্থিতি অনুযায়ী Pd, Mo বা Ru এর SCC প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করতে উপযুক্ত পরিমাণ যোগ করতে হবে।

3) পৃষ্ঠ চিকিত্সা

টাইটানিয়াম অ্যালয়গুলির পৃষ্ঠের গুণমান উন্নত করে, উপাদানের জৈব সামঞ্জস্যতা এবং পরিধান প্রতিরোধের উন্নতি করতে, ক্র্যাকিংয়ের সময় এবং গতি হ্রাস এবং বিলম্বিত করে।

2.2 ফাটল জারা

When the medium in the metal parts and metal or non-metallic gap between the formation of the gap, can make the gap in the metal to accelerate corrosion, known as crevice corrosion. Crevice corrosion is a localized corrosion. When titanium and titanium alloy crevice, due to the lack of oxidizing substances within the crevice, so that it becomes anode and corrosion occurs, destroying the passivation film. In general, crevice corrosion undergoes three stages: ① consumption of oxygen within the crevice; ② formation of macro-cells, pH value decreases; ③ activation and dissolution of the passivation film until it is completely destroyed. It is found that in 37℃ Hanks' solution, the crevice corrosion degree of the material in descending order: NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti; Ti এবং Ti6AI4V এর হ্যাঙ্কস দ্রবণে শক্তিশালী ফাটল জারা প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে।

2.3 জারা পরিধান

পরিধান জারা হল ধাতু পৃষ্ঠের ত্বরিত ক্ষয় যা মাধ্যমের সংস্পর্শে ধাতুর আপেক্ষিক গতির উচ্চ বেগের কারণে ঘটে। যখন টাইটানিয়াম ইমপ্লান্ট ঢোকানো হয়, তখন অপারেটিং যন্ত্রের সাথে একটি নির্দিষ্ট মাত্রার ঘর্ষণ ঘটে, যা পৃষ্ঠে উপস্থিত অক্সাইড ফিল্মকে ধ্বংস করে। যদি এই অক্সাইড ফিল্মটি সময়মতো মেরামত না করা হয়, তাহলে ইমপ্লান্ট করা ধাতু আরও ক্ষয় বা এমনকি ব্যর্থ হবে।

উপসংহার

আধুনিক ক্লিনিকাল মেডিসিনের দ্রুত বিকাশের জন্য বায়োমেডিকাল উপকরণগুলি একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান ভিত্তি, এটি 21 শতকের উপকরণ গবেষণার প্রধান বিষয়। টাইটানিয়াম একটি নতুন ধরণের জারা-প্রতিরোধী উপকরণ হিসাবে দুর্দান্ত অগ্রগতি করেছে, এর উন্নত জৈব সামঞ্জস্যতা এবং জারা প্রতিরোধের কারণে, বায়োমেডিসিনের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। যাইহোক, মানব পরিবেশে টাইটানিয়াম প্রয়োগে এখনও অনেক সমস্যা সমাধান করা বাকি রয়েছে। অতএব, বায়োমেডিকাল উপকরণগুলির দ্রুত বিকাশের নকশা এবং সূচনা করার জন্য টাইটানিয়াম বৈশিষ্ট্যগুলির বিভিন্ন দিকের গভীরভাবে অধ্যয়ন প্রয়োজন।