COVID-19病例的增加导致了对医疗设备的更高需求，这反过来又强调了医疗设备设计者和制造商材料选择的重要性。为医疗零件和设备选择合适的材料至关重要，以确保可用性、质量和符合标准。选择正确的材料可以带来最大的成本效益和可靠性的好处。
金属生物材料或医用金属已广泛用于手术辅助工具和工具的生产，提供了多种选择。钴铬合金、不锈钢、钛及各种合金等材料的成功发展，及其在牙科和骨科领域的广泛应用，牢固确立了金属医用材料在医疗器械制造中的重要性。
在设计用于医疗和保健目的的设备时，制造商在选择合适的原材料时务必谨慎。除了满足应用所需的工程规范外，所选材料还必须确保在与人体或临床环境中常见的各种化学品接触时不存在任何潜在风险。必须仔细考虑功能要求以及材料与预期用途的兼容性。
在医药和保健领域，许多纯金属和金属合金已经证明了它们的价值。本文将介绍医疗器械制造中使用的 13 种最常见的金属生物材料和金属类型。
用于医疗零件和设备制造的 13 种金属
让我们看看十三种最常见的纯金属和金属合金类型、它们的应用以及它们在医药和医疗保健设备制造中的优缺点。
1. 不锈钢
不锈钢 由于其无毒、无腐蚀、耐用的特性，非常适合广泛的医疗器械。此外，它可以抛光至易于清洁的精细光洁度。由于不锈钢有不同的变体，每种都具有独特的机械和化学性能，因此选择合适的类型至关重要。
316 和 316L 不锈钢因其卓越的耐腐蚀性而成为医疗植入物和身体穿孔最常用的类型。这一属性对于防止血流腐蚀至关重要，血流腐蚀可能导致感染和潜在的致命后果。此外，不锈钢含有低镍品种，因此患者很少出现镍过敏反应。
440不锈钢通常用于生产手术工具。虽然与 316 相比，它的耐腐蚀性可能较低，但其较高的碳含量允许 热处理，从而创建了 锋利的边缘 适用于切割器械。不锈钢广泛应用于骨科领域，例如置换髋关节以及使用螺钉和板稳定骨折。此外，它还经常用于制造耐用且易于清洁的手术工具，例如止血钳、镊子、镊子和其他需要耐用性和无菌性的设备。
由于不锈钢含有铁，随着时间的推移会导致腐蚀，因此随着植入物的恶化，周围组织也会面临风险。相比之下，钛或钴铬等医用金属具有更好的耐腐蚀性。但请注意，这些替代金属的成本可能更高。
2. 铜
由于其实力相对较弱， 铜 未广泛用于生产手术设备和植入物。然而，其显着的抗菌和抗病毒特性使其成为手术和疾病预防领域的普遍选择。
由于铜的柔软性和组织内的潜在毒性，直接使用铜用于医疗植入物并不常见。然而，某些铜合金仍然用于牙科植入物并降低感染风险 骨移植手术.
由于其卓越的抗病毒和抗菌特性，铜确实是一种出色的医用金属。这使得铜成为经常接触的表面（例如门把手、床栏和开关）的理想材料。铜的与众不同之处在于 美国食品药品监督管理局 已批准 400 多种不同的铜合金作为杀菌剂，有效防止 SARS-CoV-2 等病毒的传播。
当暴露在环境中时，纯铜很容易发生氧化，导致呈绿色。尽管如此，它仍保持其抗菌特性。然而，有些人可能认为变色不具吸引力。为了解决这个问题，通常采用合金来提供不同程度的抗菌效果。另一种选择是应用薄膜涂层来防止氧化，同时保留铜的抗菌性能。
3.钛
钛 在医疗器械生产中常用的金属中备受青睐。除了内部医疗设备外，它还用于制造手术器械、牙科设备和矫形装备等外部设备。纯钛以惰性极强而闻名，是最昂贵的选择，通常用于超高可靠性部件或手术后在患者体内长期使用的部件。
如今，钛经常被用作不锈钢的替代品，特别是在骨支撑和替代品的生产中。钛具有与不锈钢相当的强度和耐用性，同时重量更轻。此外，它还具有出色的生物相容性。
钛合金也非常适合种植牙。这是由于钛可用于 金属3D打印 根据患者的扫描和 X 射线制造完全定制的组件。这使得完美的贴合和个性化解决方案成为可能。
钛以其轻质和坚固的特性而脱颖而出，在耐腐蚀性方面超越了不锈钢。尽管如此，还是有一些限制需要考虑。钛合金在连续动态载荷下可能表现出不足的抗弯曲疲劳性。此外，当用于替换关节时，钛对摩擦和磨损的弹性较差。
4. 钴铬合金
由铬和钴组成， 钴铬合金 是一种为手术器械提供多种优势的合金。其适用于 3D打印 和 数控加工 可以方便地塑造所需的形状。此外， 电解抛光 旨在确保表面光滑，最大限度地减少污染风险。钴铬合金具有强度、耐磨性、耐高温等优异特性，是金属合金的首选。其生物相容性使其成为矫形假肢、关节置换和牙种植体的理想选择。
钴铬合金是备受推崇的医用金属，用于髋关节和肩关节置换术。然而，人们担心钴、铬和镍离子可能会释放到血液中，因为这些合金会随着时间的推移逐渐磨损。
5. 铝
很少与身体直接接触， 铝 仍然广泛用于生产各种需要轻质、坚固和耐腐蚀特性的支撑设备。例子包括静脉支架、手杖、床架、轮椅和矫形支架。由于铝部件容易生锈或氧化，因此通常需要喷漆或阳极氧化工艺来提高其耐用性和使用寿命。
6. 镁
镁合金是医用金属，以其卓越的重量和强度而闻名，类似于天然骨骼的重量和密度。此外，镁具有生物安全性，因为它会随着时间的推移自然、安全地生物降解。这一特性使其适用于临时支架或骨移植替代物，无需进行二次移除手术。
然而，镁会迅速氧化，因此需要 表面处理。此外，加工镁可能具有挑战性，必须采取预防措施以避免与氧气发生潜在的挥发性反应。
7. 黄金
金可能是最早使用的医用金属之一，具有优异的耐腐蚀性和生物相容性。它的延展性使其易于塑形，使其成为过去各种牙齿修复的流行选择。然而，这种做法已经不那么普遍了，现在黄金已被替代 合成材料 在很多情况下。
虽然黄金确实具有一些杀菌特性，但值得注意的是，它的成本和稀有性限制了它的使用。通常，金用于非常薄的镀层而不是纯金。镀金常见于电刺激植入物中使用的导体、电线和其他微电子元件上。 传感器.
8. 白金
铂是另一种非常稳定和惰性的金属，由于其生物相容性和卓越的导电性，被认为是手术器械和设备的绝佳选择。精致的铂丝广泛用于助听器和起搏器等内部电子植入物。此外，铂还发现其在神经系统疾病和监测脑电波方面的应用。
9. 银牌
与铜类似，银具有固有的抗菌特性，使其在各种应用中都很有价值。它可用于支架和非承重植入物，甚至可以掺入用于骨抹灰的水泥化合物中。此外，银与锌或铜形成合金以生产牙科填充物。
10. 钽
钽具有显着的特性，如高耐热性、优异的加工性、耐酸和耐腐蚀性，以及延展性和强度的结合。作为一种高度多孔的难熔金属，它有利于骨骼的生长和整合，使其适合在有骨骼的情况下进行植入。
由于钽具有抗体液性和耐腐蚀性，因此可应用于各种医疗器械和诊断标记带。的出现 3D打印 使钽能够用于颅骨替代物和牙冠或牙冠等牙科设备 拧紧 帖子。然而，由于其稀有性和成本，钽通常用于复合材料而不是纯钽。
11.镍钛诺
镍钛诺是一种由镍和钛组成的合金，以其卓越的耐腐蚀性和生物相容性而闻名。其独特的晶体结构使其表现出超弹性和形状记忆效应。这些特性使材料在变形后根据特定温度恢复到原始形状，从而彻底改变了医疗器械行业。
在精度至关重要的医疗程序中，镍钛合金可以灵活地在狭小的空间中穿行，同时保持耐用性以承受巨大的应变（高达 8%）。其轻质特性和卓越性能使其成为制造各种生物医学应用的理想选择。例子包括正畸线、骨锚、U形钉、间隔装置、心脏瓣膜工具、导丝和支架。镍钛合金还可用于创建用于定位乳腺肿瘤的标记物和诊断线，为乳腺癌诊断和治疗提供侵入性较小的选择。
12. 铌
铌是一种难熔特种金属，在现代医疗设备中得到应用。它因其卓越的惰性和生物相容性而受到认可。除了其高导热性和导电性等宝贵属性外，铌还经常用于生产心脏起搏器的小型部件。
13. 钨
钨通常用于医疗设备，特别是用于生产腹腔镜检查和内窥镜检查等微创手术的管子。它具有机械强度，还可以满足射线不透性的需求，使其适合荧光检查应用。此外，钨的密度超过铅，使其成为辐射屏蔽材料的环保替代品。
可用于医疗器械的生物相容性材料
当涉及医疗保健环境中使用的生物相容性材料时，它们必须遵守可能不适用于其他产品的特定标准。
例如，它们在与人体组织或体液接触时必须是无毒的。此外，它们还应对用于灭菌的化学品（例如清洁剂和消毒剂）具有抵抗力。对于用于植入物的医用金属，它们必须是无毒、无腐蚀性和无磁性的。研究不断探索新的金属合金以及其他材料，例如 塑料 和 陶瓷制品，评估它们作为生物相容性材料的适用性。此外，某些材料对于短期接触可能是安全的，但不适合永久植入物。
由于涉及的变量众多，美国 FDA 等监管机构以及其他全球机构不对医疗器械本身的原材料进行认证。相反，分类是分配给最终产品而不是其构成材料。尽管如此，选择生物相容性材料仍然是实现所需分类的最初且关键的一步。
为什么金属是医疗器械部件的首选材料？
在需要特殊强度和刚度的情况下，金属，特别是小横截面的金属，通常是首选。它们非常适合需要成型或加工成复杂形状的部件，例如 探针、刀片和点。此外，金属在与其他金属部件（如杠杆）相互作用的机械部件方面表现出色， 齿轮、幻灯片和触发器。与聚合物材料相比，它们还适用于经过高温灭菌或需要优异机械和物理性能的部件。
金属通常具有耐用且有光泽的表面，便于清洁和消毒。钛、钛合金、不锈钢和镍合金由于能够满足医疗保健应用中严格的清洁要求，因此在医疗设备中备受青睐。相反，容易发生不受控制和破坏性表面氧化的金属，例如钢、铝或铜，则被排除在此类应用之外。这些高性能金属拥有独特的性能、一些局限性和卓越的多功能性。使用这些材料需要创新的设计方法，这些方法可能不同于标准金属或塑料通常采用的设计方法，为产品工程师提供了多种可能性。
用于医疗器械的某些金属的优选形式
医疗行业常用的钛合金、不锈钢和可硬化合金有多种形式，包括板、棒、箔、带、片、棒和线。这些不同的形式对于满足医疗器械组件的特定要求是必要的，这些组件通常体积小且复杂。
为了制造这些形状，自动 冲压机 通常被雇用。带材和线材是此类加工最常用的原材料。这些轧机有各种尺寸，带材厚度范围为 0.001 英寸至 0.125 英寸的超薄箔，而扁线的厚度为 0.010 英寸至 0.100 英寸，宽度为 0.150 英寸至 0.750 英寸。 。
在医疗器械制造中使用金属的注意事项
在这个领域，我们将讨论金属用于医疗器械制造时的四个主要因素，即机械加工、成型性、硬度控制和 表面光洁度.
1. 机械加工
6-4 合金的加工性能与奥氏体不锈钢非常相似，两种材料的评级均约为 AISI B-1112 钢的 22%。然而，应该注意的是，钛会与硬质合金刀具发生反应，并且这种反应会因热量而加剧。因此，加工钛时建议使用切削液重水浸。
避免使用含有卤素的液体非常重要，因为如果加工操作后未彻底清除它们，可能会造成应力腐蚀。
2.成型性
压模通常更喜欢易于冷成型的材料。然而，值得注意的是，成型性与买家在选择这些合金时寻求的特定性能成反比，例如优异的硬度和强度。
例如，手术缝合钉需要具有最大强度以防止分离，即使横截面非常细。同时，它们必须具有极强的成型性，以便外科医生无需侵入性缝合工具即可将它们紧密闭合。
在再轧阶段可以有效地实现强度和成形性之间的平衡。通过小心地将带材轧制到所需的规格，并在道次之间采用退火来抵消加工硬化的影响，可以实现最佳的成形性水平。
滚压机采用交替热处理和 冷轧 提供一种可成型材料，非常适合使用传统的多滑块和多模具冲压设备进行成型、拉伸和冲压。
虽然钛及其合金的延展性可能低于其他常用的结构金属，但带材产品仍然可以在室温下轻松成型，尽管速度比不锈钢慢。
冷成型后，钛由于弹性模量低而表现出回弹，大约是钢的一半。值得注意的是，回弹程度随着金属强度的增加而增加。
当室温作用不够时，可以在升高的温度下进行成形操作，因为钛的延展性随着温度的升高而增加。通常，非合金钛带材和板材是冷成型的。
但是，有一个例外 阿尔法合金，偶尔会加热到 600°F 至 1200°F 之间的温度以防止回弹。值得注意的是，超过 1100°F 时，钛表面的氧化就会成为问题，因此可能需要进行除垢操作。
由于钛的冷焊属性高于不锈钢，因此在进行任何涉及钛接触的操作时，适当的润滑至关重要。 金属模具 或成型设备。
3、硬度控制
利用轧制和退火工艺实现合金的成形性和强度之间的平衡。通过在每次轧制道次之间进行退火，可以消除加工硬化的影响，从而产生所需的回火状态，从而保持材料的强度，同时提供必要的可成形性。
为了满足严格的规格并最大限度地降低成本，专家们 瑞盛精密科技有限公司 可以协助合金选择并为您的医用金属加工提供全面的解决方案。这确保了合金具有所需的性能组合，符合特定的要求和约束。
4. 表面处理
在重轧阶段，钛基和不锈钢带材产品的表面光洁度被确定。设计人员有多种选择可供选择，包括明亮和反光饰面、促进润滑转移的哑光表面或用于粘合、钎焊或焊接目的所需的其他专用表面。
表面光洁度是由工作辊与轧机中的材料之间的接触产生的。例如，使用高度抛光的硬质合金辊可产生镜面明亮的反光表面，而喷砂钢辊可产生粗糙度为 20-40 µin 的哑光表面。均方根。喷丸硬质合金辊提供 18-20 µin 的哑光表面。均方根粗糙度。
该工艺能够生产粗糙度高达 60 µin 的表面。 RMS，代表相对较高的水平 表面粗糙度.
医疗应用中常用的金属和合金
与传统材料相比，不锈钢、钛和镍基合金被认为是更先进的材料。然而，它们还带来了更广泛的功能。这些材料能够通过加热、冷却和淬火等过程改变其机械特性。此外，在加工过程中，它们可以根据需要进行进一步的修改。例如，将金属轧制成更薄的规格可以增加其硬度，而退火可以将其性能恢复到精确的回火状态，从而实现具有成本效益的成型。
这些金属在以下领域表现良好 医疗应用。它们表现出卓越的耐腐蚀性，具有高机械性能，提供广泛的表面处理选项，并且一旦设计人员熟悉其复杂性，即可提供出色的生产多功能性。
结论
制造医疗设备时，仔细选择合适的金属至关重要。用于此目的的常用金属包括不锈钢、钛、钴铬合金、铜、钽和铂。这些金属因其优异的生物相容性和耐用性而受到青睐。尽管钯金也越来越受到认可，但由于其成本较高，其使用相对有限。我们希望本指南能够帮助您找到适合您的医疗项目或应用的金属。
在 Runsom Precision 获取用于医疗设备的 CNC 加工金属零件
Runsom Precision 在处理各种材料（包括上述金属）方面拥有丰富的经验，可以创建适合各种行业的项目，例如 医疗, 汽车, 航天， 和 沟通 行业。我们装备精良，渴望与您合作启动您的下一个医疗设备项目。 在线上传您的文件 立即获取即时报价！
您可能感兴趣的其他文章：
