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!