Ulbrich

Kovové biomateriály III
Rovnoměrná koroze
• zanedbatelná z hlediska ztráty
mechanických parametrů
• uvolňování korozních produktů
• reakce organismu
Rovnoměrná koroze
destrukce kořene zubu
• Skvrna obsahuje 16 %hm. železa!
• Vznik korozních produktů železa
znamená nárůst objemu 2-3x
oproti původnímu kovu.
• Korozní produkty železa
z
výztuže v předpjatém betonu
destruují beton.
Ca
300
250
200
150
100
Ca
Si
Zn
Fe
50
Fe
Zn
K
Fe
Zn
K
0
0
keV
5
10
15
20
Rovnoměrná koroze
destrukce kořene zubu
• Skvrna obsahuje 16 %hm. železa!
• Vznik korozních produktů železa
znamená nárůst objemu 2-3x
oproti původnímu kovu.
• Korozní produkty železa
z
výztuže v předpjatém betonu
destruují beton.
Ca
300
250
200
150
100
Ca
Si
Zn
Fe
50
Fe
Zn
K
Fe
Zn
K
0
0
keV
5
10
15
20
Sanace zubu nevhodným materiálem
• Stříbro detekovatelné ve
vzdálenosti 1,3 mm pod
okrajem korunky
• Měď byla detekována ve
vzdálenosti 3,5 mm pod
okrajem korunky
• slitina AgCu16
Nerovnoměrné formy koroze
• koroze štěrbinová
• korozní praskání
• koroze makročlánky
(koroze vlivem galvanických článků)
Koroze štěrbinová
Koroze štěrbinová
Praskání vyvolané prostředím
Štěrbinová koroze a praskání (únava)
Erozně - korozní namáhání
• kombinované erozní
a korozní namáhání
(fretting)
• uplatňuje se oxidace za
vzniku abrazivních částic
• abrazivní opotřebení
• uvolnění
• únavový lom
Wright Medical Technology - Profemur Z
The implant recipient was described as an active 47-year-old male, weighing 84 kg. The implant consisted of a
size 3 Profemur Z stem, 8 degree varus neck, and 50 mm Conserve Total Class-A head. Both the neck and stem
were made of Ti–6Al–4V, and the head was made of a cobalt-chrome alloy. The neck of this implant failed after
three years (implanted in 2006, failed and removed in 2009).
Williams J.J., Chawla N., Case study - Fractography of a neck failure in a double-modular hip implant. Case Studies in Engineering
Failure Analysis 2, 45–50 (2014)
Grupp T.M., Weik T., Bloemer W., Knaebel H-P. Modular titanium alloy neck adapter
failures in hip replacement - failure mode analysis and influence of implant material.
BMC Musculoskeletal Disorders 11, 3, 2010.
68 pacientů z 5000 aplikací
Intenzifikace koroze vlivem makročlánku
nižší
korozní
odolnost
vyšší
korozní
odolnost
Trvalý makročlánek
• 2 materiály odlišného
složení
• korunka - amalgám
• expozicí vytvořen
kontakt
• elektronový spoj
kontaktem,
elektrolytický tělními
tekutinami
ASTM Corrosion
Mžikový makročlánek
• 2 materiály odlišného
složení
• korunka - amalgám
• expozicí vytvořen
kontakt
• elektronový spoj
kontaktem,
elektrolytický tělními
tekutinami
ASTM Corrosion
Přehled kovových materiálů
specificky užívaných ve stomatologii
Současnost v Maroku
(náměstí Jemaa el-Fna, Marakesh)
Zlato
• Excelentní korozní odolnost
• Excelentní tvářitelnost a slévárenské
vlastnosti
• Použití ryzího zlata – vtepávané výplně (folie)
• Biologický odstín korunek krytých keramikou
• „Excelentní“ cena
Ryzost zlata
Tradiční dělení slitin zlata
Rp0,2
MPa
Slitiny zlata - současné dělení
(ISO 22674:2006)
Slitiny ušlechtilých kovů
(ISO 22674:2006)
slitina
Au [% hm.]
Pd [% hm.]
Ag [% hm.]
Cu [% hm.]
Aurix L
65
3
20
10
Aurosa
20
20
45
14
-
40
57
-
Palargen
Slitiny pro napalování keramiky
Palladium
• Rusko přerušuje dodávky
• automobilový průmysl katalyzátory
• leden 2001 - USD 1100 za
trojskou unci (31,103g)
• Ford nakupuje v době
max. cen zásoby,
následně prodělává
miliardu USD
Slitiny kobalt-chrom
•
•
•
•
ISO/ADA specifikace
A = 1,5%, Rp0,2=500 MPa, E=170 GPa
obsah Co+Cr+Ni nesmí klesnout pod 85%
obsah Cr
 nemá klesnout pod 20%
 nemá stoupnout nad 30% - špatné licí vlastnosti
•
•
•
•
•
•
Co - mechanické vlastnosti a korozní chování
Mo - 3-6% - pevnostní charakteristiky, korozní odolnost
Ni - tažnost a kujnost
Co a Ni zastupitelné
C - s Cr, Si, Co - karbidy
Ni+Al - Ni3Al - zvyšuje pevnost v tahu
Slitiny kobalt-chrom
•
CoCrMo litá - Co; Cr 27-30%; Mo 5-7%; C 0,35% max.
 vysoce odolná proti erozi vzhledem k přítomnosti karbidů M23C6 (nejvíce), M7C3,
a M6C (M je hlavně Cr) tvořících se ve struktuře
 lze vytvrdit tepelným zpracováním vedoucím k precipitaci karbidů
 F 75 – litá + rozpouštěcí žíhání - Rp0,2=450–530 MPa, Rm=655–890 MPa,
A=11–17 %
•
CoCrMo tvářená – Co; Cr 19-21%; Mo 5-7%; W 14-16%; C 0,05-0,15%
 v průběhu překování na vhodné teplotě zpevňují na základě tvorby jemných
karbidů
 horší erozní odolnost
 F 799 – kovaná (nízký C) Rp0,2=875–995 MPa, Rm=1320–1450 MPa,
A= 9–26 %
Slitiny nikl-chrom
•
•
•
•
•
VÝHRADNĚ stomatologie
od 1955 – alternativa slitin kobaltu ve stomatologii
od 1960 lité korunky kryté keramikou
velmi široké spektrum složení a vlastností
Evropa - pouze u pacientů bez alergie na nikl, obecně
spíše CoCr
• USA - slitiny první volby
• biotolerance!!
• Heranium NA (Heraeus-Kulzer) (Ni 59,3%;Cr 24,0%;
Mo 10,0%)
Titan a slitiny - implantologie
Titan
používán minimálně, nejčastěji forma
grade 4 (ASTM)
Slitina Ti6Al4V
standardní materiál
nejčastěji forma ELI (Extra Low Interstitials)
b slitiny titanu
modul pružnosti vs. kostní krytí
aplikace v současnosti v počátcích
Dentální amalgám
• materiál vytvářený ze slitiny AgCuSn(Zn….) a rtuti
• nízkoměďnaté (slitina) - do 8% mědi ve slitině
• výšeměďnaté (směs) - směs klasické slitiny a
globulárního eutektika AgCu28
• výšeměďnaté (slitina) - ternární slitina s obsahem
mědi nad 8%
Dentální amalgám
Složení slitiny [%]
poměr
Materiál
Ag
Sn
Cu
Hg
slitina:Hg
nízkoměďnatý
70,3
22,4
4,1
3,2
1,09
výšeměďnatý směsný
70,0
14,7
12,3
3,0
1
výšeměďnatý směsný
43,2
29,7
24,9
2,2
1
výšeměďnatý ternární
60,0
28,0
12,0
-
1,35
Strukturní fáze
fáze
složení
g
Ag3Sn
g1
Ag2Hg3
g2
Sn7-8Hg
h’
Cu6Sn5
e
Cu3Sn
Mikrostruktury
AgHg fáze
Mikrostruktury
SnHg fáze
globulární zrna
eutektika AgCu
reakční prstence
Koroze amalgámů
• nízkoměďnatý - koroze g2 fáze, odlamování
v okrajích
• výšeměďnatý směsný - koroze reakčních
prstenců
• výšeměďnatý ternární - bez zřetelných
korozních problémů
Rtuť
Amalgámová válka I
• 1833 - bratři Crawcourové
 výrazná obchodní rovina,
amalgám na AgHg bázi
• 1843 - American Society of Dental Surgeons
 nesouhlasí s aplikací
• rtuť je jed
 výrazný tlak na lékaře (vyloučení)
• použití amalgámu odmítáno
www.amm.unibs.it/content/amalgamsafety.ppt
Amalgámová válka II
• 1895 - G.V. Black
 metalurgický základ amalgámu
• zlepšené vlastnosti
• odpovídá současným nízkoměďnatým
• Popularita amalgámu roste
• 1924 - Německo - Alfred Stock
 profesor chemie
 trpěl otravou rtutí
• detailně popsal příznaky
• 25 let se rtutí zabýval
 články o nebezpečnosti použití rtuti ve stomatologii
 Německo - výzkum „velmi specifickými metodami“
• vyvolán značný zájem veřejnosti
www.amm.unibs.it/content/amalgamsafety.ppt
Odpor proti amalgámu
• 1970 - 1990
 vážné studie o zatížení rtutí z
amalgámů
 pokles koncentrace rtuti v moči
dentistů o 50 %
 posun zájmu
• od lékaře k pacientovi
 vytvořena technika analyzátorů rtuti
v dechu
• počáteční studie zatíženy významnými
chybami
• hysterie
UrinaryMercuryLevelsinDentists
20
ug/L10
0
1980
1986
16.12.1990, CBS, news magazine 60 Minutes Is There Poison In Your Mouth? - panika
Amalgámová válka III
www.amm.unibs.it/content/amalgamsafety.ppt
1991
Anti-amalgamisté
• Finsko - 1981 - Mats Hanson - "Tooth amalgam is
probably the material witch has caused the largest
poison catastrophe in our decade".
• po roce 2000 se utlumilo
Many studies have been conducted and findings have
varied substantially. Average systemic uptake levels
have been estimated to range between 1.7 µg/day
(and 17 µg/day).
As a (straight) comparison, these daily absorption
levels comprise between 3.4% and 68% of workplace
air quality safety standards (which range from 25 to 50
micrograms per cubic meter of air).
www.amm.unibs.it/content/amalgamsafety.ppt
Zda amalgám či ne osobní volba!