1. 1. Uniwersytet Technologiczno-PrzyrodniczyIm. Jana i Jdrzeja niadeckich w BydgoszczyWydzia Inynierii MechanicznejZakad Inynierii BiomedycznejBiomateriaywiczenie nr 5Stopy tytanu.
2. 2. Grupa CMonika PolarczykNatalia ReckaSebastian RaoMagdalena Rejmanowska1. Cel wiczeniaZapoznanie si z materiaami stosowanymi na stabilizatory i wszczepy dugotrwae wykonanymi z stopw tytanu,ktre s stosowane w chirurrgii narzdu ruchu oraz ocena ich przebywania w rodowisku tkankowym.2. Omwienie zagadnieA. Podstawowe stopy tytanw stosowane na implantyTytan wystpuje w dwch podstawowych odmianach alotropowych. W temperaturze otoczenia oraz w zakresie do882C ma struktur heksagonaln, oznaczan symbolem . Od temperatury 882C do temperatury topnienia tytanma struktur ma struktur regularn przestrzennie centrowan, oznaczon symbolem . Temperatura przemianyalotropowj zaley od dodatkw stopowych obecnych w tytanie, ktre albo j podwyszaj albo obniaj.Jedynie dodatek cyny, umacniajcej stopy, nie wpywa na przemian fazow.
3. 3. Podstawowym pierwiastkiem stopowym stabilizujcym faz w stopach tytanu jest aluminium. Oprcz aluminiumfaz t stabilizuj tlen, azon, wgiel. Jest to faza, ktra nie zostaje zmieniona w wyniku obrbki cieplnej.Wrd stopw tytanu wyodrbniono grup materiaw okrelon jako prawie . Obecne s w nich rne dodatkistopowe, rwnie utrwalajce faz , ale w tak niewielkiej iloci, e faza pozostaje dominujca.W fazie najwaniejszymi pierwiastkami stopowymi stabilizujcymi jest molibden, wanad, niob, elazo, tantal iwolfram. W stopach pierwiastki te czsto wystpuj cznie z aluminium.Tabela 2. Waciwoci mechaniczne stopw tytanu stosowanych na implanty.B. Wpyw dodatkw stopowych na waciwoci stopwPierwiastki stopowe wystpujce w stopach tytanu mona podzieli na dwie podstawowe grupy:- pierwiastki stabilizujce faz , czyli podnoszce temperatur przemiany , do ktrych zalicza si: Al, Ga, Georaz O, N, C.- pierwiastki stabilizujce faz , czyli obniajce temperatur przemiany alotropowej W tej grupie wyrniasi pierwiastki izomorficzne (V, Mo, Nb, Ta), pierwiastki eutektoidalne (Cu, Cr, Mn, Fe, Ni, Co, Si) oraz pierwiastkipseudo izomorficzne (Ru, Rh, Re, Ir).Najwaniejszym dodatkiem stopowym jest aluminium, ktry obnia gsto stopwtytanu oraz stabilizuje i umacnia roztworowo faz .
4. 4. Oprcz wyej wymienionych pierwiastkw, do stopw tytanu dodaje si rwnie Sn, Zr, Ge, Hf i Th. S to tzw.pierwiastki neutralne, niestabilizujce adnej z faz.Dodawane s z uwagi na otrzymywany efekt umocnienia roztworowego oraz spowalnianie niektrych,niekorzystnych przemian fazowych zachodzcych w stopach tytanu, zwizanych np. z tworzeniem si kruchej,metastabilnej fazy .Zwikszenie twardoci i odpornoci powierzchniowej tytanu na zuycie cierne mona uzyska poprzez implantacjjonw N, O i Si.Tlen w najwikszym stopniu wpywa na wytrzymao tytanu, std te pierwiastek ten traktowany jest jakododatek stopowy. Wzrost wytrzymaoci spowodowany jest w tym przypadku umocnieniem roztworu . Pozostaedomieszki traktowane s jako zanieczyszczenia, jednak e przy ocenie waciwoci mechanicznych tytanu, bierzesi pod uwag efekt umocnienia pochodzcy take od tych pierwiastkw. Obecno wodoru uwaana jest zaszczeglnie niekorzystn z powodu efektu kruchoci, jaki wywouje ten pierwiastek. Z uwagi na trudnocidokadnego pomiaru stenia gazw, jako kryterium klasyfikacji tytanu technicznego przyjmuje si jegowaciwoci mechaniczne.C. Proces pasywacjiProces, w ktrym substancja aktywnie chemicznie w danym rodowisku wytwarza na swojej powierzchni powokpasywn, utworzon z produktw reakcji chemicznej z otoczeniem. W przypadku tytanu samorzutnie tworzy sizwarta i jednorodna warstewka tlenkowa.Cechy wartwy tlenowej:-nieskie przewodnicwo elektryczne-termodynamiczna stabilno-saba tendencja do przechodzenia w stan jonowy-zapewnia wysok odporno na korozj-grubo nie przekracza 10 mmW celu ujednorodnienia warstewki tlenku tytanu stopy tytanu poddawane s pasywacji elektrochemicznej. Procesten prowadzi si w roztworze otrzymanym przez rozpuszczenie tritlenku chromu w wodzie. Ponadto procespasywacji mona take zamiennie prowadzi w roztworach fosforanowych kwasu ortofosforowego z dodatkiemsoli kwasw karboksylowych lub dwukarboksylowych lub z dodatkiem wodorofosforanu lub dwuwodorofosforanupotasu. Pasywacj prowadzi si w specjalnie dobranej temperaturze stosujc polaryzacj anodow tytanu lub jegostopu przy odpowiednim napiciu prdu staegoD. Zastosowanie przedstawionych prbek
5. 5. a)Rys 1. Gwd krtarzowyGwodzie krtarzowe krtkie znajduj zastosowanie przy zespoleniach bliszej czci koci udowej. Szczeglniezaleca si uycie ich przy zamaniach podkrtarzowych, przezkrtarzowych, midzykrtarzowych. Dzikizastosowaniu dwch wkrtw (Wkrt blokujcy, Wkrt antyrotacyjny) zaimplantowanych ktowo (kt trzonowo rubowy) uzyskuje si anatomiczne ustawienie gwki koci udowej w stosunku do jej trzonu.b)Rys 2. Pytka kompresyjno blokowanaPytki kompresyjno - blokowane to system pytek i wkrtw, ktre cz w sobie technik wkrtw blokowanych zkonwencjonalnymi technikami leczenia zama pytkami. System ten umoliwia, uywajc konwencjonalnychtechnik operacyjnych, uzyskanie ktowo stabilnego unieruchomienia odamw kostnych.Jest on szczeglnie wskazany przy:-wieloodamowych zamaniach;-braku zrostu kostnego lub nieprawidowym zrocie kostnym;-osteopenii koci;-stabilizacji osteotomii;-gdzie zastosowanie tradycyjnych wkrtw nie jest wystarczajce lub nie przynosi zamierzonych efektw.c)Rys 3. Pytka kostno- ksztatowa
6. 6. Stosowana w zespoleniach:-nasady koci ramiennej-nasady koci piszczelowej-pitowe-drobnych zama, a take wielofragmentowych-koci czaszki
7. 7. Stosowana w zespoleniach:-nasady koci ramiennej-nasady koci piszczelowej-pitowe-drobnych zama, a take wielofragmentowych-koci czaszki