一些金屬材料因為它們的力學(xué)性能（強度、韌性、疲勞強度）和耐腐蝕性相比其他生物材料，如聚合物和陶瓷，有獨特的組合，所以被認為是非常有前途的骨科植入物。金屬生物材料應(yīng)用于一些醫(yī)療設(shè)備，如人工關(guān)節(jié)，骨板，螺絲釘，髓內(nèi)釘，支架，脊柱內(nèi)固定件，脊柱墊片，牙科植入物，線，起搏器殼和人工心臟瓣膜。

不銹鋼、鈷基合金、工業(yè)純鈦（CP-Ti）和鈦合金廣泛地被用于金屬生物材料。然而，對鈦及其合金越來越感興趣，特別是作為牙科和整形外科植入物，因為其相對較低的彈性模量，優(yōu)異的生物相容性和比不銹鋼和鈷基合金更高的耐腐蝕性。但是，316L等級的不銹鋼仍是廣泛用于內(nèi)部固定設(shè)備的材料，如斷裂板、螺釘、髖釘?shù)?，因為與其他金屬植入材料相比，它具有良好的機械性能、可接受的生物相容性、足夠的耐腐蝕性和低成本。使用316L不銹鋼作為生物植入的主要問題是其含鎳量高，也就是眾所周知的持續(xù)時間較長時產(chǎn)生不利影響的生物相容性和一些與健康有關(guān)的問題。

最近，印度Jindal鋼公司開發(fā)了一種新型奧氏體不銹鋼（216L），含有比316L鋼相對較低的鎳和較高的氮、錳，替代316L用于醫(yī)療應(yīng)用。由于相當(dāng)多的骨科植入物，尤其是髖部和腿部，受到大量的周期反復(fù)荷載，通常由于腐蝕疲勞而失效，采用模擬人體流體（SBF）方式，并與傳統(tǒng)的316L不銹鋼比較，進行了本次研究以描述新開發(fā)的216L不銹鋼的腐蝕疲勞行為。

本次研究的材料，一種新開發(fā)的奧氏體不銹鋼（216L）由印度Jindal鋼公司生產(chǎn)成直徑為18mm，長度為250mm的鍛棒。經(jīng)1050℃鍛造的216L鋼棒在1050℃退火30min以均質(zhì)化。同時，316L不銹鋼也由該公司生產(chǎn)，為203.2×203.2×16mm的板材，1050℃退火30min。兩者的化學(xué)成分如表1所示。機械拋光后，經(jīng)15ml鹽酸和25ml硝酸的混合溶液侵蝕，表征兩種鋼的光學(xué)顯微組織。使用50KN螺桿驅(qū)動的InstronTM萬能試驗機測定兩種鋼的拉伸性能。所有拉伸試驗的試樣按BS技術(shù)標準No.12-1950制備，標距和直徑分別為15.4mm和4.5mm。在室溫以5×10-4s-1的應(yīng)變速率進行拉伸試驗。完全反向負荷下（R=-1）進行充氣，模擬人體流體環(huán)境下使用50KN伺服液壓MTSTM（型號1810）進行軸向推-拉應(yīng)力控制和應(yīng)變控制疲勞試驗。模擬的人體流體成分如表2所示。

表1?216L不銹鋼和316L不銹鋼的化學(xué)成分（wt.%）

表2?模擬人體流體的成分（g/l）

研究結(jié)果表明：（1）在SBF環(huán)境下應(yīng)力控制模式時，216L不銹鋼的疲勞壽命明顯比應(yīng)力幅值低于±500MPa時的316L不銹鋼來得長。然而，應(yīng)力幅值較大的316L不銹鋼顯示出比216L更長的疲勞壽命。（2）在空氣和SBF兩種環(huán)境下，研究了整個范圍內(nèi)的總應(yīng)變幅值：在總的應(yīng)變控制模式下，216L鋼的疲勞壽命明顯比316L鋼長。（3）在空氣和在SBF環(huán)境下兩種鋼的循環(huán)應(yīng)力反應(yīng)有著顯著的差異。316L不銹鋼在循環(huán)后期到斷裂顯示出明顯的循環(huán)硬化，而216L不銹鋼從一開始直到斷裂均顯示出循環(huán)軟化。

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