DE3685521T2 - Ekg-elektrode aus einer amorphen legierung. - Google Patents
Ekg-elektrode aus einer amorphen legierung.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine zur Erreichung eines Elektrokardiogramms an einen lebenden Körper anzuschließende EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung und insbesondere eine EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung der benannten Art mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit die preisgünstig herzustellen ist.
- Es ist bekannt, daß im menschlichen Körper durch Aktivieren des Herzens, der Muskeln usw. Bioelektrizität hervorgerufen wird.
- Vor allem wird die Bioelektrizität des Herzens in der Herzdiagnose verwendet, indem ein auf der Oberfläche der menschlichen Haut induzierter schwacher Strom an einen externen Elektrokardiographen geleitet wird. In dem Elektrokardiographen sind Elektroden wesentliche Bestandteile, die mit der Hautoberfläche in Kontakt gehalten werden, um so eine elektrische Verbindung zwischen dem Körper und einem Eingangsabschnitt des Elektrographen herzustellen.
- Die Elektroden sind wichtige Bestandteile zur genauen Messung des bioelektrischen Potentials und um ein hohes Maß der Bestimmbarkeit der Wellenform zu erreichen.
- Diese wichtige Elektrode muß drei elektrische Bedingungen erfüllen, nämlich niedriger Elektrowiderstand, hervorragende Korrosionsbeständigkeit und chemische Beständigkeit.
- Ganz insbesondere sollte die Elektrode einen niedrigen elektrischen Widerstand haben, d.h. sie sollte ein guter Elektroleiter sein, um in der Lage zu sein, auch einen sehr schwachen elektrischen Strom in einem lebenden Körper nach außen zu leiten.
- Außerdem kommt die Elektrode, da sie in medizinischen Einrichtungen verwendet wird, oft mit verschiedenen Chemikalien in Berührung und kann daher leicht von diesen Chemikalien angegriffen werden. Daher sollte sie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
- Desweiteren kann die Elektrode chemische Veränderungen erleiden, wenn sie mit dem lebenden Körper in Kontakt gebracht wird. Solche chemischen Veränderungen rufen eine elektromotorische Kraft oder eine sogenannte Polarisationsspannung hervor. Die Polarisationsspannung überlagert sich mit dem Eingangssignal (d.h. EKG-Signal) zum Elektrokardiographen und wirkt sich nachteilig auf einen Eingangsverstärker des Elektrokardiographen aus. Je höher diese Spannung ist, desto ungünstiger wirkt sie sich auf die Genauigkeit des Elektrokardiogaphen aus. Daher muß die Elektrode chemisch beständig sein.
- Materialien, die die oben beschriebenen elektrischen Eigenschaften besitzen, sind Silber- oder Silberchloridlegierungen. Deshalb wurden diese Legierungen häufig bis dato für EKG-Elektroden verwendet.
- Silberhaltige Legierungen sind für EKG-Elektroden am besten geeignet, da sie eine hohe Leitfähigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität aufweisen. Silber ist jedoch teuer und wird in geringen Mengen hergestellt, sodaß es nicht leicht verfügbar ist. Deshalb benötigte man ein preisgünstiges EKG-Elektrodenmaterial, das ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist und leicht verfügbar ist.
- Die Erfindung ist im Lichte der genannten Probleme entstanden und ermöglicht die Bereitstellung einer EKGElektrode aus einer amorphen Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit bei preisgünstiger Herstellung.
- Erfindungsgemäß wird eine EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung zur Verfügung gestellt, die aus einer amorphen Legierung des Eisen-Chrom-Systems mit Eisen und Chrom als metallischen Elementen besteht und die auch ein halb- oder nichtmetallisches Element enthält, wobei Chrom in einem Bereich von 1 bis 35 Atomprozent liegt, und das halbmetallische Element, bei dem es sich um zumindest ein Mitglied der Gruppe handelt, die Phosphor, Kohlenstoff, Silicium und Bor umfaßt, in einem Bereich von 10 bis 25 Atomprozent enthalten ist.
- Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
- Figur 1 eine Draufansicht auf die erfindungsgemäße EKGElektrode aus einer amorphen Legierung; und
- Figuren 2 und 3 jeweils eine perspektivische Ansicht und eine bildliche perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der Anwendung der erfindungsgemäßen Elektrode.
- Zu den herkömmlichen, vielfach verwendeten korrosionsbeständigen Legierungen gehören rostfreie Stahllegierungen z.B., 13%-iger Chromstahl, 18%-iger rostfreier Stahl (304 Stahl) und 17-14-25 rostfreier Molybdänstahl sowie Nickellegierungen. Diese Legierungen weisen einen gewissen Grad an Korrosionsbeständigkeit auf. Bei hoch korrosiver Bedingung, z.B. einer wässrigen 1-N Chlorwasserstofflösung, wird jedoch ihre bei passivem Zustand gegebene dünne Schicht gebrochen, sodaß es zur Korrosion kommt.
- Die Erfinder haben deshalb Recherchen und Untersuchungen hinsichtlich amorpher Legierungen durchgeführt, um Chrom enthaltende amorphe Eisenlegierungen mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Legierungen auf Eisenbasis zu finden, die durch Zugabe von Molybdän als Zusatzbestandteil zu obengenannten Chrom enthaltenden amorphen Eisenlegierungen erhalten werden.
- Im folgenden werden die Gründe für die Einlagerung der obengenannten metallischen Elemente in dieamorphen Eisenlegierungen und ihre Bereiche beschrieben.
- In der Technik ist es bekannt, daß eine amorphe Legierung aufgrund ihrer höheren Aktivitäten normalerweise leichter korrodiert als die kristalline Legierung mit gleicher Zusammensetzung. Chrom enthaltende amorphe Legierungen auf Eisenbasis haben jedoch eine höhere Korrosionsbeständigkeit als kristalline Legierungen mit gleicher Zusammensetzung und herkömmliche korrosionsbeständige Legierungen. Ferner, wird die Korrosionsbeständigkeit von Chrom enthaltenden amorphen Legierungen auf Eisenbasisdurch den Zusatz von Molybdän noch weiter erhöht.
- Die Erfinder haben erforscht, warum eine Chrom enthaltende Eisenlegierung höhere Korrosionsbeständigkeit aufweist, und haben herausgefunden, daß diese hohe Korrosionsbeständigkeit auf der chemischen Einheitlichkeit und auf der hohen Aktivitätder amorphen Legierung selbst beruht. Dabei bewirkt die chemische die Bildung einer gleichmäßigen Schicht passiven Zustands, und die hohe Aktivität bewirkt die schnelle Bildung einer festen und dichten dünnen Schicht passiven Zustands. Die dünne Schicht passiven Zustands besteht im wesentlichen aus einem Chromhydroxydhydrat, und die Anreicherung des Chromhydroxyds in der dünnen Schicht passiven Zustands ist für den hohen Grad an Schutzeigenschaften der dünnen Schicht passiven Zustands von großer Bedeutung. Molybdän ist für die Anreicherung von Chromhydroxyd in der dünnem Schicht passiven Zustands sehr wirksam. Der Zusatz von Chrom ist daher für die Korrosionsbeständigkeit unerläßlich, und der Zusatz von Molybdän fördert die Bildung der dünnen Schicht passiven Zustands.
- Im folgenden werden die Zusammensetzungen, mit denen ein guter passiver Zustand erhalten wird, beschrieben.
- In der Chrom enthaltenden amorphen Legierung auf Eisenbasis ist ein Chromgehalt von mindestens 1 Atomprozent nötig, um einen ausreichenden passiven Zustand zu gewährleisten, damit die Legierung unter korrosiven Bedingungen einer 1-Mol Salzlösung korrosionsbeständig ist. Wird der Chromgehalt erhöht, so wird die Korrosionsbeständigkeit unter einer proportional erhöhten korrosiven Bedingung erzielt. Wenn der Chromgehalt über 35 Atomprozent erhöht wird, wird jedoch die Fähigkeit der Bildung des amorphen Zustands erhöht. Folglich wird der Bereich des Chromgehalts, der die für EKG- Elektroden nötige Korrosionsbeständigkeit gewährleistet und eine leichte Herstellung einer amorphen Legierung ermöglicht, auf 1 bis 35 Atomprozent festgelegt.
- Der Zusatz von Molybdän als metallisches Element zu der Chrom enthaltenden amorphen Legierung auf Eisenbasis verbessert das Wachstum der dünnen Schicht passiven Zustands, sodaß eine höhere Korrosionsbeständigkeit erzielt wird. So wird z.B. in einer amorphen Eisenbasislegierung, die Chrom und Molybdän sowie 13 Atomprozent Phosphor und 7 Atomprozent Kohlenstoff als halbmetallische Elemente enthält, ein ausreichender passiver Zustand durch Zusatz von 5 Atomprozent Molybdän mit einem Chromgehalt von 10 Atomprozent oder mehr und durch Hinzufügen von 10 Atomprozent Molybdän mit einem Chromgehalt von 5 Atomprozent oder mehr bei Zimmertemperatur und mit einer wässrigen 6-N Chlorwasserstofflösung erreicht. Das heißt, sogar bei sehr starker korrosiver Bedingung, wie die wässrige 6-N Chlorwasserstofflösung, kann eine Korrosionsbeständigkeit mit einem Chromgehalt von 5 Atomprozent oder mehr und mit dem Gehalt der Summe von Chrom und Molybdän von 15 Atomprozent oder mehr erzielt werden. Durch Erhöhung des Chromgehalts wird der erforderliche Molybdängehalt aufgrund eines zufriedenstellenden passiven Zustands verringert. Desweiteren, obwohl die Beigabe einer großen Menge von Molybdän im Sinne einer Erhöhung des Potentials korrosiv wirkt, bleibt die Korrosionsgeschwindigkeit gleich, sobaldeine bestimmte Molybdänmenge überschritten wird. Es ist daher nicht ratsam den Molybdängehalt über 20 Atomprozent zu steigern, da Molybdän ein teurer Bestandteil ist. Wenn der Molybdängehalt 20 Atomprozent übersteigt oder wenn der Gehalt der Summe von Chrom und Molybdän 35 Atomprozent übersteigt, wird die Fähigkeit der amorphen Zustandsbildung beeinträchtigt.
- Nachstehend werden bevorzugte halbmetallische Elemente und ihr Gehalt beschrieben.
- Bei Herstellung einer amorphen Legierung ist es erforderlich, halbmetallische Elemente beizufügen. Als halbmetallische Elemente werden Phosphor, Kohlenstoff, Bor, Silicium und Germanium verwendet, und diese halbmetallischen Elemente verleihen den resultierenden amorphen Legierungen verschiedene Merkmale und Eigenschaften. Von den genannten Elementen führt Germanium zu einer niedrigen Korrosionsbeständigkeit und überdies zu hohen Materialkosten. Aus diesem Grund wird zumindest ein Mitglied aus der Gruppe, die Phosphor, Kohlenstoff, Silicium und Bor umfaßt, in einem Bereich von 10 bis 25 Atomprozent benützt.
- Chromhaltige amorphe Eisenlegierungen, bei denen die obengenannten halbmetallischen Elemente eingelagert sind, haben zu beschreibende Eigenschaften. Phosphorhaltige Legierungen sind im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit höchst zufriedenstellend. Die Fähigkeit der Bildung des amorphen Zustands ist jedoch etwas geringer, wenn Phosphor allein verwendet wird.
- Bei der Alleinverwendung von Kohlenstoff ist die Fähigkeit der amorphen Zustandsbildung ebenso wie bei der Alleinverwendung von Phosphor etwas geringer, die Korrosionsbeständigkeit ist jedoch zufriedenstellend. Die Fähigkeit der Bildung des amorphen Zustands dieser Legierungen läßt sich jedoch durch die gemeinsame Verwendung von zwei oder mehreren verschiedenen halbmetallischen Elementen verbessern. Werden z.B. Phosphor und Kohlenstoff in Kombination verwendet, erhält man gute Korrosionsbeständigkeit, und die Fähigkeit der Bildung eines amorphen Zustands ist ebenfalls gut. Die Korrosionsbeständigkeit von bor- oder siliciumhaltigen Legierungen ist geringer als die der phorphor/kohlenstoffhaltigen. Dies stellt jedoch kein schwerwiegendes Problem dar, wenn die Legierungen für EKG-Elektroden verwendet werden. Die Fähigkeit der Bildung eines amorphen Zustands ist eindeutig besser in Legierungen mit Bor als halbmetallisches Element. Im Hinblick auf Kosten und Verfügbarkeit sind Kohlenstoff, Phosphor und Silicium preisgünstig und leicht verfügbar, während Bor am teuersten ist. Es ist ratsam, die obengenannten verschiedenen Eigenschaften bei der Herstellung zu berücksichtigen, um das beste System auszuwählen; geeignete Systeme sind Phosphor-Kohlenstoff-Systeme, Phosphor-Silicium- Systeme, Phosphor-Bor-Systeme und Kohlenstoff-Bor Systeme.
- Bevorzugte Mengen dieser halbmetallischen Elemente werden im folgenden beschrieben. Wenn der Gehalt an halbmetallischen Elementen niediger als 10 Atomprozent ist, wird die Bildung einer amorphen Legierung schwierig. Eine Erhöhung des Gehalts der halbmetallischen Elemente verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Durch Erhöhen des Gehalts der halbmetallischen Elemente zur Erzielung der gleichen Korrosionsbeständigkeit ermöglicht ein Einsparen an Chrom und Molybdän als metallische Elemente. Dies ist ein wirtschaftlich sehr wichtiger Gesichtspunkt für gebräuchliche Legierungen, da Chrom und Molybdän vergleichsweise teure metallische Elemente sind. Wo der Gehalt der Summe an halbmetallischen Elementen 25 Atomprozent übersteigt, wirddie Fähigkeit der Bildung des amorphen Zustands der Legierung beeinträchtigt. Der Gehalt der halbmetallischen Elemente sollte daher im Bereich von 25 Atomprozent oder mehr liegen.
- Die erfindungsgemäße amorphe Eisen-Chrom System Legierung kann durch das gewöhnliche Superquick-Flüssigmetall-Abkühlungsverfahren hergestellt werden. Für die Zusammensetzung der Legierung werden als Eisenquelle die Bestandteile Roheisen und reines Eisen verwendet. Für Chrom oder Molybdän als metallische Elemente wird entweder kommerziell verfügbares reines Eisen, Eisenchrom oder Eisenmolybdän verwendet. Als Quelle der halbmetallische Elemente werden entweder kommerziell verfügbare reine Substanzen oder Eisenbor, Eisenphosphor, Eisensilicium oder Zementit verwendet. Nach ihrer Aufbereitung wird die Zusammensetzung durch Erhitzen geschmolzen und die Schmelze dann durch eine Düse zum schnellen Abkühlen und Erhärten auf die bewegliche Abkühloberfläche eines Abkühlkörpers gespritzt, um so die erfindungsgemäße Legierung zu gewinnen. Als Alternative kann man die geschmolzene Substanz auch in ein Kühlmittel, wie z.B. Wasser, zur schnellen Abkühlung und Erhärtung spritzen.
- Vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und Rentabilität ist es eine sehr vorteilhafte Tatsache, daß Eisenlegierungen als Legierungselementenquellen für die erfindungsgemäße Legierung verwendet werden können. Mit anderen Worten, Eisenchrom und Eisenmolybdän sind als Quelle für Chrom und Molybdän die preiswertesten Substanzen. Desweiteren hat Eisenchrom einen niedrigen Schmelzpunkt und Eisenmolybdän hat, im Vergleich zu reinem Molybdän, einen sehr niedrigen Schmelzpunkt, und ist daher für die Massenfabrikation einer homogen geschmolzenen Legierung geeignet. Desweiteren sind die Unreinheiten in diesen Eisenlegierungen im wesentlichen Phosphor, Kohlenstoff und Silicium, die wertvolle Elemente zur Herstellung der erfindungsgemäßen Legierung sind. Überdies kann die erfindungsgemäße amorphe Legierung in Form dünner Streifen oder dünner Folien hergestellt werden. Ein Teil oder das genannte Eisen kann durch Nickel ersetzt werden.
- Die Figuren der beiliegenden Darstellungen zeigen eine Anwendungsweise der Elektrode, die aus der amorphen Legierung nach der oben beschriebenen Verfahrensweise hergestellt ist. Figur 1 ist eine Draufsicht auf die EKG-Elektrode 1, die als dünner Streifen oder als dünne Folie aus der amorphen Legierung ausgebildet ist. Wie in Figur 2 dargestellt, wird diese amorphe Legierung als Elektrodenabschnitt 3 einer bandschellenartigen Elektrode 2 verwendet, wobei der Elektrodenabschnitt 3 aus der amorphen Legierung mit der bandschellenartigen Elektrode 2 verbunden ist.
- Wie aus Figur 3 ersichtlich, werden derartige bandschellenartige Elektroden 2 an den Armen und Beinen des Patienten befestigt, wodurch ein in der Hautoberfläche des Patienten induzierter schwacher Strom über Kabel an einen Elektrokardiogaphen geleitet wird, um ein Elektrokardiogramm zu erhalten.
- Wie oben bereits beschrieben, kann die amorphe Legierung der erfindungsgemäßen EKG-Elektrode eine amorphe preiswert herzustellende Eisenlegierung sein. Zusätzlich weist die Elektrode aus einer amorphen Legierung ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Dauerhaftigkeit auf. Ferner ist sie gegen chemische Einflüsse beständig. Da sie die Form eines dünnen Streifens bzw. einer dünnen Folie hat, kann sie leicht gebogen und dem unregelmäßigen Verlauf an der Hautoberfläche angepaßt werden, was eine elektrokardiographische Elektrode sehr wünschenswert ist.
- Der fachmännische Leser wird es schätzen, daß die Elektroden aus amorphen Legierungen auf Nickelbasis (statt auf Eisenbasis) hergestellt werden können.
Claims (3)
1. EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung, bestehend aus
einer amorphen Eisen- oder Nickel-Legierung, die als Metall
Chrom und als Halbmetall zumindest ein Mitglied der Gruppe
Phosphor, Kohlenstoff, Silicium und Bor enthält.
2. EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung nach Anspruch
1, bei der die amorphe Legierung eine amorphe Legierung im
Eisen-Chrom-System ist, die als Metalle Eisen und Chrom, wobei
Chrom in einem Bereich von 1 bis 35 Atomprozent enthalten ist,
und weiter als Halbmetalle zumindest ein Mitglied der Gruppe
Phosphor, Kohlenstoff, Silicium und Bor enthält, wobei die
Summe der Halbmetallbestandteile im Bereich von 10 bis 25
Atomprozent liegt.
3. EKG-Elektrode aus einer amorphen Legierung nach Anspruch
1, bei der die amorphe Legierung eine amorphe Legierung im
Eisen-Chrom-Molybdän-System ist, die 20 Atomprozent oder
weniger Molybdän als Metallelement enthält, wobei die Summe
des Gehalts an Chrom und Molybdän in einem Bereich von 1 bis 35
Atomprozent liegt.
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