Elhasználódási és korróziós folyamatok
Bagi István BME MTAT
Biofunkcionalitás Az élő emberi szervezettel való kölcsönhatás biokompatibilitás (gyulladás, csontfelszívódás, metallózis) aktív biológiai környezet (korrózió)
tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás, anyagválasztás, dinamikus terhelések modellezése stb.)
elhasználódási, károsodási folyamatok
fémeknél kerámiáknál üvegeknél kompozit anyagoknál bioaktív anyagoknál
Az implantátumok várható élettartamának főbb tényezői
1
Mechanikai terhelések (statikus/dinamikus, ezen belül impulzusszerű/dinamikus)
terhelésátadás, igénybevételek (normálerők, hajlítás, csavarás, nyírás, összetett igénybevételek)
feszültségek eloszlása, a kialakuló feszültségmező egyéb igénybevételek (termikus, vegyi, elektrokémiai, áramló közeg okozta, koptató, sugárzás okozta, biológiai)
az anyagok, anyagrendszerek mikro- és makroszerkezete
Az implantátumok várható élettartamának főbb tényezői Az anyagok mechanikai tulajdonságai (szilárdsági és rugalmassági jellemzők)
az anyagok és a rendszer súrlódási tulajdonságai kopásállóság felületi jelenségek anyagok degradációja, korróziója
2
Az implantátumok károsodási fajtái Törés Leromlás (degradáció) Kopás Korróziós károsodás
Törés Az anyagot alkotó részecskék közötti kapcsolat folytonosságának makroszkopikus méretű megszűnése, amelyet olyan mérvű mechanikai igénybevétel okoz, amely nagyobb a részecskék között ható kötőerőknél.
A törés folyamata repedés keletkezése repedés növekedése repedés terjedése
A törést kiváltó ok szerint túlterhelés ismétlődő igénybevétel kúszás okozta
A törés jellegét befolyásolja a képlékeny alakváltozás mértéke a repedés terjedésekor a terjedéskor elnyelt energia mennyisége (szívós vagy rideg anyag)
a repedésterjedés sebessége a törés mechanizmusa (képlékeny alakváltozás kísérte szemcsekiszakadások vagy hasadás síkok mentén)
a töretfelület morfológiája (transzkrisztallin vagy interkrisztallin törés)
Korrózió A fémkorrózió ISO szerinti definíciója: A korrózió fizikai-kémiai kölcsönhatás a fémtárgy és a környezete között, amelynek eredményeként annak tulajdonságai megváltoznak. Ez a kölcsönhatás a fémtárgy teljes vagy részleges tönkremeneteléhez vezethet.
Fémkorróziós jelenségek csoportosítása Megjelenési forma szerint
egyenletes lyukkorrózió (pitting, bemaródásszerű, szivacsos)
kristályszerkezeti (kristályközi, szelektív)
korróziós repedések (feszültségi, fáradási)
különleges korrózió fajták
Eloszlás szerint általános helyi korrózió Korróziós alapfolyamatok szerint
kémiai elektrokémiai
A fémek korrózióját befolyásoló főbb tényezők, összetett hatások Ötvöző és szennyező elemek mikroszerkezet gyártási technológia (hegesztés, hőkezelés, hideg- és melegalakítás) feszültségek, mechanikai igénybevételek felületi állapot korróziós környezet a rendszer hőmérséklete a közeg áramlása a felületek relatív csúszása mikroorganizmusok hatása
Kopás A szilárd anyagok felületének anyagvesztesége, amelyet egyedül vagy más igénybevétellel társult mechanikai igénybevétel okoz.
Kopási mechanizmusok: felületi fáradás (Hertz feszültség)
abrázió (felületi érdesség, mikroforgácsolás)
kemoszorpció (súrlódás és vegyi hatás)
adhézió (azonos anyagpárosítás)
Leromlás, degradáció Az anyagban igen lassan végbemenő kémiai és/vagy fizikai folyamatok következtében az anyagok tulajdonságainak többnyire kedvezőtlen változása.
Fémeknél ⇒ öregedés túltelített szilárd oldatból kiválások, nagyfrekvenciás rezgések hatására képlékeny anyagokban a feszültségmező megváltozása, sugárzások hatására ridegedés
polimereknél oxigén és/vagy ibolyántúli sugárzás hatására depolimerizáció
kerámiáknál ⇒ kiválások
