• 鈷鉻合金

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    什么是鈷鉻合金

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    鈷鉻合金是一種金屬合金的鈷和鉻。鈷鉻合金具有非常高的比強度,常用于燃氣輪機、牙科植入物和矯形植入物。

    鈷鉻合金的歷史

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    Co-Cr合金是由ElwoodHaynes在1900年代初期通過融合鈷和鉻首次發現的。該合金最初被發現時含有許多其他元素,例如鎢和鉬。海恩斯報告說,他的合金能夠抵抗氧化和腐蝕性煙霧,即使將合金置于沸騰的硝酸中,也沒有明顯的變色跡象。Co-Cr合金以司太立(Stellite)為名,已用于需要高耐磨性的各個領域,包括航空航天工業、餐具軸承、刀片等。

    隨著鈷鉻合金在生物醫學方面的應用被發現,它開始受到更多的關注。20世紀,該合金首先用于醫療工具制造,1960年首次植入Co-Cr人工心臟瓣膜,歷時30多年,顯示出其高耐磨性。最近,由于優異的抗性、生物相容性、高熔點和令人難以置信的高溫強度,Co-Cr合金被用于制造許多人工關節,包括髖關節和膝關節、牙科部分橋接工作燃氣輪機、和許多其他人。

    鈷鉻合金的合成

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    常見的鈷鉻合金生產需要從氧化鈷和氧化鉻礦石中提取鈷和鉻。兩種礦石都需要經過還原過程才能獲得純金屬。鉻通常采用鋁熱還原技術,根據具體礦石的特性,可以通過多種不同的方式獲得純鈷。然后通過電弧或感應熔化在真空下將純金屬熔合在一起。由于金屬在高溫下的化學反應性,該工藝需要真空條件或惰性氣氛以防止金屬吸收氧氣。ASTMF75是一種Co-Cr-Mo合金,它是在惰性氬氣氣氛中通過小噴嘴噴射熔融金屬而制成的,該噴嘴立即冷卻以產生合金的細粉。

    然而,通過上述方法合成Co-Cr合金非常昂貴且困難。最近,在2010年,劍橋大學科學家們通過一種稱為FFC劍橋工藝的新型電化學固態還原技術生產了這種合金,該技術涉及在熔融氯化物電解質中還原氧化物前體陰極。

    鈷鉻合金的屬性

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    Co-Cr合金由于自發形成主要由Cr2O3和少量鈷和其他金屬氧化物組成的保護性鈍化膜而顯示出高耐腐蝕性。正如其在生物醫學行業的廣泛應用所表明的,Co-Cr合金以其生物相容性而聞名。生物相容性還取決于薄膜以及這種氧化表面如何與生理環境相互作用。良好的機械性能,類似于不銹鋼是多相結構碳化物析出的結果,極大地提高了Co-Cr合金的硬度。Co-Cr合金的硬度變化范圍為550-800MPa,抗拉強度變化范圍為145-270MPa。此外,當它們經過熱處理時,拉伸強度和疲勞強度會急劇增加。然而,鈷鉻合金往往具有低延展性,這會導致部件斷裂。這是一個問題,因為合金通常用于髖關節置換術。為了克服低延展性,鎳、碳和/或氮添加。這些元素穩定了γ相,與Co-Cr合金的其他相相比,γ相具有更好的機械性能

    鈷鉻合金的用途

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    醫療植入物

    由于高耐磨性和生物相容性,鈷鉻合金最常用于制造人工關節,包括膝關節和髖關節。Co-Cr合金往往具有耐腐蝕性,可減少植入時與周圍組織的并發癥,并且具有化學惰性,可xxx限度地減少刺激、過敏反應和免疫反應的可能性。Co-Cr合金也被廣泛用于制造支架和其他外科植入物,因為Co-Cr合金與血液和軟組織也表現出優異的生物相容性。行業標準ASTM中描述了用于骨科植入物的合金成分-F75:以鈷為主,含鉻27~30%,鉬5~7%,其他重要元素上限如錳、硅各小于1%,鐵小于0.75%,鎳小于0.5%,以及極少量的碳、氮、鎢、磷、、硼等。

    鈷鉻合金

    除了鈷鉻鉬(CoCrMo),鈷鎳鉻鉬(CoNiCrMo)也用于植入物。CoNiCr合金釋放的Ni離子可能產生的毒性以及它們有限的摩擦性能是使用這些合金作為鉸接部件時需要關注的問題。因此,CoCrMo通常是全關節置換術的主要合金。

    義齒

    與金合金相比,Co-Cr合金假牙和鑄造局部假牙自1929年以來已普遍生產,因為成本更低,密度更低;然而,Co-Cr合金往往表現出更高的彈性模量和循環疲勞抗力,這是假牙的重要因素。該合金通常用作牙齒局部的金屬框架。為此,一個著名的品牌是Vitallium。

    工業

    由于具有高耐腐蝕性和耐磨性等機械特性,Co-Cr合金(例如司太立)用于制造風力渦輪機發動機部件和許多其他需要高耐磨性的工業/機械部件。

    Co-Cr合金在時尚界也非常常用來制作珠寶,尤其是結婚戒指

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    詞條目錄
    1. 什么是鈷鉻合金
    2. 鈷鉻合金的歷史
    3. 鈷鉻合金的合成
    4. 鈷鉻合金的屬性
    5. 鈷鉻合金的用途
    6. 醫療植入物
    7. 義齒
    8. 工業

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