DE3520473C2 - - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/28—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legierung
vom Fe-Cr-Al-Typ als Werkstoff zur Herstellung von
Implantaten bei der medizinischen Behandlung. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
einer derartigen Legierung.
Die Legierung selbst ist aus der
DE-PS 686 244 bekannt. Auch geht aus dieser
Druckschrift hervor, daß die Legierung mit einer Oxidhaut
überzogen wird. Es handelt sich dabei jedoch ausschließlich
um industrielle Anwendungszwecke, wobei
zumeist an einen Einsatz der Legierung bei hohen
Temperaturen gedacht wird. Die erfindungsgemäß zu
verwendende Legierung läßt sich als Implantationsmaterial
zur medizinischen Behandlung verwenden, beispielsweise
bei orthopädischen Operationen, Zahnoperationen
oder dgl.
Ein Implantationsmaterial für orthopädische Operationen
sollte die folgenden Eigenschaften haben:
- - Das Implantationsmaterial sollte frei von Auflösung bzw. Zersetzung und Absorption sein;
- - das Material soll eine ausgezeichnete Korrosions beständigkeit besitzen;
- - das Material soll eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweisen und in seiner Eigenschaft über eine lange Zeitdauer stabil sein;
- - das Material soll ungiftig und nicht-reizend sein; dies stellt ein wesentliches Problem dar, das nicht nur als direktes und lokales Problem zu verstehen ist, sondern als umfassendes Problem;
- - das Material soll eine gute Biokompatibilität mit dem Gewebe eines lebenden Körpers um das Material besitzen. Das Material sollte nämlich ausgezeichnet hinsichtlich seiner Anpassungsfähigkeit an das Gewebe oder seiner Affinität gegenüber dem Körper eines Lebewesens sein. Wenn das Implantationsmaterial eine geringe Biokompatibilität mit dem Gewebe besitzt, bildet sich ein faseriges Gewebe in dem lebenden Körper bzw. dem Körper des Lebewesens in Kontakt mit dem Implantationsmaterial, welches das Material blockiert und isoliert und daran hindert, mit dem lebenden Körper in Kontakt zu kommen, mit dem Ergebnis, daß die Verbindung zwischen dem Material und dem lebenden Körper sich löst, was zu verschiedenen Schwierigkeiten und Beeinträchtigungen führt.
Rostfreier Austenitstahl vom Fe-Mi-Cr-Typ wird als herkömmliches
Implantationsmaterial verwendet. Dieser rostfreie
Stahl ist ausgezeichnet hinsichtlich seiner mechanischen
Eigenschaften, stellt jedoch ein noch ungelöstes
Problem hinsichtlich der Affinität mit einem lebenden
Körper dar. Außerdem ist rostfreier Stahl nicht immer
ausreichend und zufriedenstellend im Hinblick auf die
Spannungsriß-Korrosionsbeständigkeit, die punktförmige
Korrosionsbeständigkeit, die Spalten-Korrosionsbeständigkeit
und andere Arten von Korrosionsbeständigkeiten, so
daß die Verwendung von rostfreiem Stahl auf kurze Zeiträume
beschränkt ist. Außerdem stellen schädliche Wirkungen
auf den menschlichen Körper von in Lösung gegangenen
Metallionen, insbesondere Nickel-Ionen oder dgl.
ein Problem dar.
In den letzten Jahren hat man Erprobungsversuche mit
einem keramischen Material unternommen. Dies hat viele
Vorteile, da es eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
besitzt, über einen langen Zeitraum stabil in einem
lebenden Körper ist, für den Körper nicht giftig ist und
mit diesem eine hohe Biokompatibilität besitzt. Es hat
jedoch den großen Nachteil, daß es mangelhaft in seiner
mechanischen Festigkeit, insbesondere hinsichtlich seiner
Biegefestigkeit ist.
In Anbetracht der vorstehend geschilderten Schwierigkeiten
sind Untersuchungen angestellt worden, die schließlich
zu einer völlig neuartigen, gemäß der Erfindung
als Implantationslegierung zu verwendenden
Legierung geführt haben, die in Kombination die
hervorragenden mechanischen Eigenschaften von rostfreiem
Stahl, ausgezeichnete Biokompatibilität eines Keramikmaterials
mit dem menschlichen Körper sowie eine Korrosionsbeständigkeit
besitzt; ferner ist gemäß der Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von einer derartigen als Implantationslegierung
zu verwendenden Legierung gefunden worden.
Gemäß der Erfindung wird als Legierung eine Implantations
legierung vom Fe-Cr-Al-Typ als Werkstoff zur Herstellung
von Implantaten bei der medizinischen Behandlung verwendet,
wobei die Legierung aus (in Gew.-%) 20 bis 32% Chrom,
0,5 bis 5,0% Aluminium, 0,5 bis 4,0% Molybdän, 0,05 bis
0,5% Zirkonium und/oder Hafnium, Rest Eisen mit herstellungs
bedingten Verunreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß die
Legierung eine Oxidschicht an der Oberfläche aufweist, die
im wesentlichen aus a-Al₂O₃ besteht.
Da die erfindungsgemäß zu verwendende Implantationslegierung
Aluminium und Zirkonium und/oder Hafnium in geeigneten Mengen
enthält, bildet sie an der Oberfläche einen Oxidfilm, der
im wesentlichen aus α-Al₂O₃ besteht, das dicht und ausgezeichnet
in seinem Haftvermögen durch Aufheizen in Luft
oder Sauerstoff ist. Dieser Oxidfilm hat die Eigenschaft
einer ausgezeichneten Biokompatibilität mit einem lebenden
Körper und besitzt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.
Außerdem ist die erfindungsgemäß zu verwendende Implantationslegierung
in ihrer praktischen Anwendung nicht geringwertiger
als AISI 316 L, das herkömmlicherweise als Implantationsmaterial
für einen lebenden Körper verwendet wird; sie ist
auch nicht geringwertiger als eine Legierung vom Fe-30Cr-Mo-Typ,
die eine Basislegierung für die erfindungsgemäße zu
verwendende Legierung ist. Außerdem besitzt die erfindungsgemäß
zu verwendende Implantationslegierung eine ausgezeichnete
Festigkeit, um sie als Implantationsmaterial zu verwenden.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Legierung ist vorgesehen, daß die Legierung maximal 0,3%
Silizium, maximal 0,008% Kohlenstoff und maximal 0,015%
Stickstoff aufweist.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Legierung ist vorgesehen, daß die Legierung maximal 0,025%
Phosphor und maximal 0,025% Schwefel aufweist.
Bei einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierung ist vorgesehen, daß die Legierung
aus 30% Chrom, 3,2% Aluminium, 2,0% Molybdän, 0,2%
Zirkonium, 0,15% Silizium, 0,004% Kohlenstoff, 0,007%
Stickstoff, 0,001% Sauerstoff, Rest Eisen und herstellungs
bedingten Verunreinigungen besteht.
Bei einer anderen speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierung ist vorgesehen, daß die
Legierung aus 30% Chrom, 3,2% Aluminium, 2,0% Molybdän,
0,2% Hafnium, 0,15% Silizium, 0,004% Kohlenstoff, 0,007%
Stickstoff, 0,001% Sauerstoff, Rest Eisen und
herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht.
Das Verfahren zur Herstellung einer derartigen Legierung als
Werkstoff zur Herstellung von Implantaten bei der medizinischen
Behandlung ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- - Erschmelzen einer Legierung, die (in Gew.-%) 20 bis 32% Chrom, 0,5 bis 5% Aluminium, 0,5 bis 4,0% Molybdän, 0,05 bis 0,5% Zirkonium und/oder Hafnium, bis zu 0,3% Silizium, bis zu 0,008% Kohlenstoff, bis zu 0,015% Stickstoff, bis zu 0,025 Phosphor, bis zu 0,025 Schwefel und als Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält,
- - Durchführen einer Wärmebehandlung der Legierung in Luft oder in Sauerstoff bei einer Temperatur von 1100°C bis 1300°C zur Bildung eine Oxidschicht an der Oberfläche der Legierung, wobei die Oxidschicht im wesentlichen aus α-Al₂O₃ besteht.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
daß bei der Herstellung einer Legierung mit einem
Gehalt von 0,5 bis 2,0 Gew.-% Aluminium das Schmelzen bei
einem Druck erfolgt, der niedriger als Atmosphärendruck ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
vorgesehen, daß die Wärmebehandlungsdauer zwischen 0,5 und
30 Stunden beträgt.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine graphische
Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhanges der
durch Oxidation erhöhten Masse und der Dicke des Oxidfilmes
in Bezug auf die Wärmebehandlung der
erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung.
Die Erfindung wird nachstehend hinsichtlich der Gehalte
und der Funktionen der Elemente näher erläutert, die in der
erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung enthalten sind.
Chrom ist ein unerläßliches Element zur Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit einer auf Eisen basierenden Legierung
als Bestandteil zur Bildung einer passiven
Schicht. Bei einer Erhöhung der Menge an Chrom nimmt die
Korrosionsbeständigkeit zu. Da aber die Legierung in der
kombinierten Anwesenheit von Elementen, wie Aluminium
und Molybdän synergetisch spröde wird, ist die obere
Grenze für den Chromgehalt 32 Gew.-% der Implantationslegierung.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung kann Anwendung
finden als Implantat in vivo, dessen Verwendung sich
über eine kurze Zeitspanne von etwa 2 bis 3 Monaten erstreckt.
In diesem Falle wird ein erforderliches Kriterium
der Legierung für die Korrosionsbeständigkeit in
einem gewissen Grade modifiziert, aber es ist einen höhere
Korrosionsbeständigkeit als die von rostfreiem Stahl
hoher Reinheit vom Ferrit-Typ in der Größenordnung von
mindestens 18-Chrom erforderlich, so daß die untere Grenze
für den Chromgehalt der Legierung 20 Gew.-% beträgt.
Aluminium ist ein wichtiges Element zur Bildung eines
Oxidfilmes bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung, aber
zur Erhöhung oder Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung ist es erforderlich,
mindestens 1,5 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr
3 Gew.-% Molybdän hinzuzufügen. Hinsichtlich der Hinzufügung
von Molybdän wird der Gehalt an Aluminium auf
einen Maximalwert von 5,0 Gew.-% festgelegt.
Wenn andererseits der Aluminiumgehalt klein ist, wird
der Gehalt an durch Wärmebehandlung erzeugtem α-Al₂O₃
verringert und der Gehalt an erzeugtem Cr₂O₃ erhöht.
Wenn der Anteil von Cr₂O₃ ansteigt, wird die Grenze
bzw. Grenzfläche zwischen zwei Arten von Oxiden erhöht,
mit dem Ergebnis, daß die Sprödigkeit und Brüchigkeit
des Oxidfilmes auf der Oberfläche der Legierung schlechter
wird, was die Funktion und Funktionstüchtigkeit des
Legierungsmaterials reduziert. Wenn dementsprechend eine
Wärmebehandlung in der Atmosphäre oder Sauerstoff durchgeführt
wird, wird ein Gehalt von mehr als etwa einschließlich
2 Gew.-% Aluminium bevorzugt. Wenn ferner
die Wärmebehandlung des Materials durchgeführt wird, indem
man die Atnosphäre auf einen niedrigeren Druck als
Atmosphärendruck reguliert, ist es möglich, den unteren
Grenzwert des Aluminiumgehaltes von 0,5 Gew.-% zu nehmen.
Wenn der obere Grenzwert des Aluminiumgehaltes
5 Gew.-% überschreitet, wird die Legierung hinsichtlich
der Zähigkeit und Bearbeitbarkeit schlechter.
Molybdän hat eine erhebliche Wirkung hinsichtlich der
Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere
der punktförmigen oder Loch-Korrosionsbeständigkeit und
Spalten-Korrosionsbeständigkeit, und eine Menge von
mehr als einschließlich 0,5 Gew.-% Molybdän ist erforderlich,
um die Wirkung zu erzielen. Andererseits hat
eine Erhöhung der Menge an Molybdän die Tendenz, die
Zähigkeit zu verringern, und begünstigt außerdem die
Verschlechterung insbesondere der Bearbeitbarkeit in
der kombinierten Anwesenheit von Chrom und Aluminium.
Aus diesem Grunde wird die obere Grenze des Molybdän-
Gehaltes auf 4,0 Gew.-% gesetzt.
In dem erfindungsgemäß zu verwendenden Implantationsmaterial dringt
M in den Oxidfilm ein, der im wesentlichen aus α-Al₂O₃
besteht, und verleiht dem Oxidfilm, der ursprünglich
recht spröde ist, hohe Zähigkeit und ist etwas höher in
der Affinität gegenüber Sauerstoff als Aluminium; dementsprechend
wird die Schicht oder der Film innen oxidiert,
um feine Oxidteilchen zu bilden, so daß das Anhaften
des oberflächenoxidierten Filmes an der Legierungsmatrix
verbessert wird. Wenn aber die Menge des
M-Gehaltes vergrößert wird, wird der Grad von in den
Film gemischtem M vergrößert, was nicht nur den Film
hinsichtlich der Dichte verschlechtert, sondern auch
schädliche Wirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit
der Legierungsmatrix, die Kalt- und Warm-Bearbeitbarkeit
und die Zähigkeit der Legierung hervorruft. Dementsprechend
ist die obere Grenze des M-Gehaltes 0,5
Gew.-%. Wenn andererseits der M-Gehalt zu klein ist,
kann die erhaltene Legierung nicht die Zähigkeit des
Filmes und sein Haftungsvermögen in vollem Umfang zur
Wirkung bringen, so daß die untere Grenze des M-Gehaltes
auf 0,05 Gew.-% festgelegt wird.
Silizium ruft eine Sprödigkeit der Legierung hervor, und
wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, wird Silizium
zu SiO₂ oxidiert, das in den α-Al₂O₃-Film eingebaut
wird, mit dem Ergebnis, daß es wünschenswert ist, den
Siliziumgehalt auf weniger als einschließlich 0,3 Gew.-%
zu reduzieren. Kohlenstoff und Stickstoff führen sehr
leicht eine Reaktion mit Chrom bei der Wärmebehandlung
durch, um eine Chromverbindung zu bilden. Diese Chromverbindung
hat die starke Tendenz, in der Korngrenze der
Legierung zu entstehen und bringt eine Reduzierung der
Chromdichte in der Nähe der Grenze mit sich und ruft eine
Korrosion der Korngrenze hervor. Außerdem hat Kohlenstoff
die Wirkung, daß es zu Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidgasen
umgewandelt wird, welche den a-Al₂O₃-Film
aufbrechen oder zerstören. Aufgrund der oben beschriebenen
Umstände ist es somit wünschenswert, den Kohlenstoffgehalt
der Legierung auf weniger als einschließlich
0,008 Gew.-% und den Stickstoffgehalt auf weniger als
einschließlich 0,015 Gew.-% festzusetzen.
Das Phosphor und Schwefel ebenfalls die Zähigkeit von
Stahl beeinträchtigen, ist es wünschenswert, ihre Mengenanteile
auf weniger als einschließlich 0,025 Gew.-%
festzulegen.
Die Legierung im obigen Bereich der Zusammensetzungen behält
eine Ferrit-Struktur auch bei Aufheizen auf 1100
bis 1300°C bei, wie es nachstehend näher erläutert ist.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Implantationslegierung
unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, sondern ermöglicht es,
die Legierung in
dem oben beschriebenen Bereich mit herkömmlichen Verfahren
herzustellen, nämlich durch Vakuumschmelzen und gegebenenfalls
durch Schmelzen in einer nicht-oxidierenden
Atmosphäre.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung wird, nachdem sie einer
Wärmebehandlung unterworfen worden ist, als Implantationsmaterial
verwendet. Diese Wärmebehandlung erzeugt
eine Oxidschicht, wobei diese Schicht
im wesentlichen aus α-Al₂O₃ besteht, das dicht in der
Struktur und ausgezeichnet in seinem Haftungsvermögen
an einer Legierungsmatrix ist. Die Wärmebehandlung wird
in Luft oder Sauerstoff normalerweise bei Atmosphärendruck
bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C durchgeführt.
Wenn aber der Al-Gehalt der Legierung in der Größenordnung
von 0,5-2 Gew.-% liegt, ist es wünschenswert,
die Wärmebehandlung bei einem niedrigeren Druck
als Atmosphärendruck durchzuführen.
Es ist nur erforderlich, eine geeignete Wahl der Wärmebehandlung
in einem Zeitraum von ungefähr 0,5 bis 30
Stunden durchzuführen, und zwar in Abhängigkeit von der
erforderlichen Dicke der Oxidschicht. Dabei kann die
Oxidschicht beispielsweise
90 Mol-% α-Al₂O₃, 5 Mol-% ZrO₂, 3 Mol-%
Fe₂O₃ und 2 Mol-% Cr₂O₃ enthalten.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Implantationslegierung ist ausgezeichnet
in der Biokompatibilität mit dem lebenden Körper
und hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit wegen der
durch die Wärmebehandlung erzeugten Oxidschicht. Außerdem
hat die Legierungsmatrix selbst eine überragende
Korrosionsbeständigkeit. Die erfindungsgemäß zu verwendende Implantationslegierung
ist auch ausreichend in ihrem mechanischen
Eigenschaften zur praktischen Verwendung als Implantationsmaterial.
Dementsprechend erfüllt die erfindungsgemäß
zu verwendende Legierung die Anorderungen an ein Implantationsmaterial
und kann in effektiver und wirkungsvoller
Weise verwendet werden. Die erfindungsgemäß zu verwendende Implantationslegierung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Implantationslegierung vom Fe-Cr-Al-Typ mit einer
Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 wurde durch Vakuum-
Schmelzen hergestellt.
Die Legierung wurde in Sauerstoff wärmebehandelt,
um eine Oxidschicht zu bilden. Das Diagramm
zeigt den Zusammenhang der durch Oxidation vergrößerten
Masse mit der Dicke der Schicht, die mit
der Wärmebehandlung erzeugt wurde. Eine Untersuchung
einer Bereichsstruktur des Oxidfilmes zeigte, daß die
Grenzschicht zwischen der Legierungsmatrix
und der Oberflächenoxidschicht in komplizierter Weise
in die Matrix verläuft und daß die Schicht ein ausgezeichnetes
Haftungsvermögen besitzt. Bei der Wärmebehandlung
in Luft wurde das gleiche Ergebnis erhalten.
Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften, welche
der erfindungsgemäß zu verwendende Legierung vor der Wärmebehandlung
besaß. Zum Vergleich sind die mechanischen Eigenschaften
von AISI 316 L, das herkömmlicherweise als Implantationsmaterial
in vivo verwendet wird, ebenfalls in
der Tabelle dargestellt. Die Zugfestigkeit und Dehnung
wurden gemäß JIS-Z-2201 untersucht, und die Härte wurde
gemäß JIS-Z-2244 getestet.
Aus den in Tabelle 2 eingetragenen Ergebnissen ergibt
sich, daß die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung hinsichtlich
der mechanischen Festigkeit in der gleichen Größenordnung
liegt wie herkömmliche Produkte.
In Tabelle 3 sind die Änderungen der mechanischen Eigenschaften
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung eingetragen,
wenn eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1250°C
in Luft erfolgt.
Aus den in Tabelle 3 eingetragenen Ergebnissen ergibt
sich, daß eine Verlängerung der Heizdauer geringe Änderungen
hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften der
Legierung hervorruft und in der praktischen Verwendung
keine Störungen mit sich bringt.
Aus dem Experiment ergibt sich, daß die Legierung eine
gute Korrosionsbeständigkeit in dem Zustand der Legierung
besitzt, die durch eine Wärmebehandlung mit einer
Oxidschicht überzogen ist. Es war nämlich überhaupt keine
Korrosion und auch kein Verschleiß beim Korrosionsbeständigkeitstest
zu beobachten, wie sich aus den
nachstehenden Einzelheiten in Tabelle 4 und 5 ergibt.
Es wird hier der Fall angenommen, wo die Oxidschicht
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung durch einen mechanischen
Schlag oder eine Schraubenbefestigung beschädigt
wird und die Legierungsmatrix der Korrosionsumgebung
eines lebenden Körpers ausgesetzt wird. Dabei wurde eine
Untersuchung der Korrosion der Legierungsmatrix vorgenommen.
Zunächst wurde ein Test der Spalten-Korrosionsbeständigkeit
bei der Legierung gemäß dem Beispiel 1
vor der Wärmebehandlung durchgeführt. Es wurde nämlich
ein flaches Teststück in eine wässerige Lösung von 10%
FeCl₃ mit einem Glasstab mit 5 mm Durchmesser eingetaucht,
der auf dem Teststück angeordnet war, und die
Korrosion des Teststückes unter dem Glasstab wurde nach
24 Stunden beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4
dargestellt.
In Tabelle 5 sind die Ergebnisse der Untersuchungen
dargestellt, die hinsichtlich der Alkalibeständigkeit,
der Korngrenzen-Korrosionsbeständigkeit, der Säurebeständigkeit
und der Spannungs-Korrosionsbeständigkeit
durchgeführt werden. Diese Untersuchungen wurden gemäß
JIS-G-0573 durchgeführt.
Außerdem wurde ein Test hinsichtlich der Elution des
Teststückes in einer physiologischen Salzlösung (3%
NaCl) durchgeführt, wobei gefunden wurde, daß die Elution
von Fe, Cr und Al jeweils geringer war als 1 ppm/
200 cm²/Liter in 12 Tagen bei 20°C und daß beim Eintauchen
des Teststückes in eine kochende Flüssigkeit für
5 Stunden Fe einen Wert von 2 ppm und die anderen einen
Wert von weniger als 1 ppm ergaben.
Aus dem obigen Resultat ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäß
zu verwendende Legierung hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit
den herkömmlichen Legierungen überlegen
ist, auch wenn sie sich in dem Zustand befand, daß sie
von der Bildung einer Oxidschicht durch Wärmebehandlung
abgehalten wurde. Ferner wurde festgestellt, daß die
Korrosionsbeständigkeit der Legierungsmatrix nach der
Wärmebehandlung im wesentlichen die gleiche ist wie vor
der Wärmebehandlung. Nachdem die Legierung gemäß Beispiel
1 an der offenen Luft für 5 Stunden auf 1250°C
aufgeheizt war, wurde beispielsweise die Oxidschicht
vollständig durch Schleifen entfernt, anschließend wurden
dann Untersuchungen hinsichtlich der Einzelheiten
in Tabelle 4 und 5 durchgeführt. Es waren keine Unterschiede
zwischen den erhaltenen Resultaten und den Ergebnissen
in Tabelle 4 und 5 festzustellen.
Es wurden die gleichen Untersuchungen wie in Tabelle 1
für das Beispiel 1 mit einer Legierung durchgeführt,
bei der Zirkonium durch Hafnium ersetzt war. Die durch
Oxidation vergrößerte Masse, wenn die Wärmebehandlung
der Legierung gemäß Beispiel 2 durchgeführt wurde, war
kleiner als beim Beispiel 1. Wenn beispielsweise die
Legierung für 20 Stunden auf 1200°C aufgeheizt wurde,
betrug die durch Oxidation vergrößerte Masse ungefähr
1 mg/cm². Das Haftungsvermögen dieser Oxidschicht war
ausgezeichnet in gleichem Maße wie bei der Legierung
gemäß Beispiel 1.
Ferner wurde ein Test hinsichtlich der mechanischen
Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit der Legierung
in gleicher Weise wie beim Beispiel 1 durchgeführt,
um im wesentlichen die gleichen Resultate mit
der Hf enthaltenden Legierung zu erhalten wie bei dem
Resultat für das Beispiel 1.
Es wurden Versuchsplatten jeweils mit einer Größe von
20 mm Länge, 7 mm Breite und 1 mm Dicke aus der erfindungsgemäß
zu verwendenden Legierung einerseits und einer Legierung
eines Gegenbeispiels AISI 316 L hergestellt. Die Platten
wurden in die Oberfläche von Schienbeinknochen
von ausgewachsenen Kaninchen implantiert. Die Ergebnisse
zeigen, daß in der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung mit Oxidschicht
eine verbindende Gewebemembran, die zwischen der
Platte und dem Knochen liegt, im Laufe der Zeit dünner
wird, so daß sie mit einem optischen Standardmikroskop
in 4 bis 6 Wochen schwer festzustellen ist. Außerdem
ist die Entwicklung einer knochenähnlichen Substanz um
die transplantierte Platte mit dem Oberflächenoxid festzustellen.
An der Oberfläche der Platte werden Knorpel
und Knochengewebe befestigt, und die Menge des befestigten
Gewebes nimmt ebenfalls zu und wird dicht im Verhältnis
zur Länge der Transplantationszeit. Die Menge
des Gewebes, das an der Oberfläche von AISI 316 L befestigt
wird, ist geringer als an der nackten Oberfläche
der erfindungsgemäß zu verwendenden Legiuerung. Die erfindungsgemäß
zu verwendende Legierung ist nach der Wärmebehandlung vollständig frei
von der schädlichen Lösung von Metallionen in einem lebenden
Körper und bietet außerdem keine Probleme unter
dem Gesichtspunkt der Festigkeit der Materialien.
Claims (8)
1. Verwendung einer Legierung,
bestehend aus (in Gew.-%)
20 bis 32%Chrom
0,5 bis 5%Aluminium
0,5 bis 4,0%Molybdän
0,05 bis 0,5%Zirkonium und/oder HafniumRest Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen
als Werkstoff zur Herstellung von Implantaten bei der
medizinischen Behandlung, mit der Maßgabe, daß die
Legierung eine Oxidschicht an der Oberfläche aufweist,
die im wesentlichen aus α-Al₂O₃ besteht.
2. Verwendung nach Anspruch 1,
mit der weiteren Maßgabe, daß die Legierung
maximal 0,3%Silizium
maximal 0,008%Kohlenstoff
maximal 0,015%Stickstoffaufweist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2,
mit der zusätzlichen Maßgabe,
daß die Legierung
maximal 0,025%Phosphor
maximal 0,025%Schwefelaufweist.
4. Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung aus
30%Chrom
3,2%Aluminium
2,0%Molybdän
0,2%Zirkonium
0,15%Silizium
0,004%Kohlenstoff
0,007%Stickstoff
0,001%SauerstoffRest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen
besteht.
5. Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Legierung aus
30%Chrom
3,2%Aluminium
2,0%Molybdän
0,2%Hafnium
0,15%Silizium
0,004%Kohlenstoff
0,007%Stickstoff
0,001%SauerstoffRest Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen
besteht.
6. Verfahren zur Herstellung einer Legierung nach einem
der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- - Erschmelzen einer Legierung, die 20 bis 32 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 5,0 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Molybdän, 0,05 bis 0,5 Gew.-% M, wobei M mindestens eine Art von Substanz repräsentiert, die aus Zirkonium und Hafnium gewählt ist, bis zu 0,3 Gew.-% Silizium, bis zu 0,008 Gew.-% Kohlenstoff, bis zu 0,015 Gew.-% Stickstoff, bis zu 0,025 Gew.-% Phosphor, bis zu 0,025 Gew.-% Schwefel und als Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Verunreinigungen enthält,
- - Durchführen einer Wärmebehandlung der Legierung in Luft oder in Sauerstoff bei einer Temperatur von 1100°C bis 1300°C zur Bildung einer Oxidschicht an der Oberfläche der Legierung, wobei die Oxidschicht im wesentlichen aus α-Al₂O₃ besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Herstellung einer Legierung mit einem Gehalt von
0,5 bis 2 Gew.-% Aluminium das Schmelzen bei einem Druck
erfolgt, der niedriger als Atmosphärendruck ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlungsdauer zwischen 0,5 und 30 Stunden
beträgt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59118899A JPS60262943A (ja) | 1984-06-08 | 1984-06-08 | 鉄−クロム−アルミニウム系医療用インプラント合金 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3520473A1 DE3520473A1 (de) | 1986-01-02 |
DE3520473C2 true DE3520473C2 (de) | 1988-05-05 |
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ID=14747921
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853520473 Granted DE3520473A1 (de) | 1984-06-08 | 1985-06-07 | Implantationslegierung vom fe-cr-al-typ zur medizinischen behandlung und verfahren zur herstellung einer derartigen legierung |
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GB (1) | GB2160892B (de) |
Families Citing this family (7)
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