Коррозионно-стойкий прецизионный упругий немагнитный сплав

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5054031/02 (22) 08.07.92 (46)!5.1093 Ьоп. ¹ 37 — 38 (75) Польдяева ГП; Захаров EK.; Бядретдинова

МА. Ярмипко П.Ф„Олифиренко С.Н. (73) Польдяева Галина Петровна (54) КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ ПРЕЦИЗИОННЫЙ УПРУГИЙ НЕМАГНИТНЫЙ СПЛАВ (57) Изобретение относится к области металлургии. в частности к прецизионным немагнитным пружинным сплавам, содержащим в качестве основного компонента кобальт, корозионно-стойкий в различных резкоагрессивных средах. в том числе в орга(в) RU (и) 2001143 С1 (51) 7 низме человека и физиологическом растворе. Технический эффект при использовании предложенного сплава состоит в повышении устапостной проч— ности и корроэионной стойкости против питтинговой коррозии в физиологическом растворе при сохранении упругих и прочностных свойств. Это достигается тем. что предлагаемый сплав дополнительно содержит алюминий, титан, цирконий и иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж кобальт — 39 — 41; никель — 18 — 20, хром — 24 — 26; молибден — 8 — 1 t.àïþìèíèé — 02 — 05; титан — 0,1 — 0,3, цирконий — 0,01 — 0,02, иттрий — 0,01 — 0.02, железо — остальное 2 табп

2001143

25

Изобретение относится к металлургии, к прецизионным немагнитным пружинным сплавам. содержащим в качестве основного компонента кобальт, коррозионно-стойким в различных резкаагрессивных средах, в том числе в организме человека и физиологическом растворе.

Для новых разработок медицинских изделий требуется сплав, обладающий высокой (аррозионнай стойкостью против питтингавой коррозии в физиологическом растворе в условиях наложенного электрического потенциала, высокой надежностью и живучестью (долговечностью, длительной прочностью), позволяющими увеличить срок эксплуатации изделий да 10 лет и выwe, Известен сплав, содержащий, мас. :

Кобальт 39 — 41

Никель 18-20

Хром 11,5-13,0

Молибден 3,0-4,0

Вольфрам 6,0-7,0

Марганец 1.8 — 2,2

Титан 1,5-2.0

Алюминий 0,2-0,5

Железа Остальное

Примеси: кремний 0,5: углерод 0,05.

Недостатком данного сплава является низкая каррозионная стойкость против питтингавай коррозии при длительном пребывании в физиологическом растворе в условиях наложенного электрического потенциала.

Наиболее близким к предлагаемому па технической сущности и достиг",åìîìó эффект является сплав, содержащий, мас. g,:

Кобальт 39-41

Никель 15 — 11

Хром 22-30

Молибден 6.4-7,4

Тантал 0,1 — 10

Марганец 1,8-2,2

Железо Остальное

Примеси: кремний до 0,5; углерод до 0,05; сера до 0.02; фосфор до 0,02

Сплав обладает высокой каррозионной стойкостью в физиологическом растворе, высокими упругими и прочнастными свойствами и используется для изготовления жил и деталей электродов электрокардиостимуляторав сердца. Срок службы электродов составляет 5-7 лет, Недостатком сплава является недостаточная усталостная прочность (долгавеч5

45 ность), не позволяющая испольэовать ега свыше 10 лет. Кроме того, сплав содержит остродефицитный и дорогостоящий тантал.

Изобретение направлено на повышение усталостнай прочности и коррозионной стойкости против питтинговой коррозии в физиологическом растворе при сохранении упругих и прочностных свойств.

Для этого коррозианно-стойкий прецизионный немагнитный сплав преимущественно для медицинских иэделий содержит кобальт, никель, хром, молибден, алюминий, титан, цирконий, иттрий и железо при следующем соотношении компонентов, мас. :

Кобальт 39-41

Никель 18-20

Хром 24-26

Молибден 9 — 11

Алюминий 0,2-0,5

Титан 0,1-0,3

Цирконий 0,01-0.02

Иттрий 0,01 — 0.02

Железо Остальное

Сплав мажет также содержать в качестве примеСей, мас. %: углерод — 0,01-0.03: кремний — 0,1 — 0,8; марганец — 0,1-0,8.

Совместное введение в состав предлагаемого сплава титана, алюминия, циркония и иттрия позволяет повысить усталостную прочность сплава и корразионную стойкость в физиологическом растворе против питтинговай коррозии в условиях наложенного электрического потенциала. Сплав нетаксичен, обладает хорошей совместимостью с тканями организма человека, высокой прочностью, упругостью и пластичнастыа.

Кроме того, титан (0,1-0,3 ) и алюминий (0,2-0,5 ) вводятся в предлагаемый сплав для упрочнения твердого раствора и повышения коэффициента упрочнения при деформации. При таких небольших концентрациях они находятся в основном в твердом растворе, при повышении содержания титана выше 0,3 и алюминия выше 0,5 они могут образовывать упрочняющие фазы и ухудшить технологичность сплава при гарячем переделе нэ пруток и проволоку. При меньшем содержании титана (меньше 0,1 ) и алюминия (меньше 0.2 ) снижается эффект упрачнения твердого раствора от легиравания указанными элементами.

Иттрий (0,01-0,02 ) и цирконий (0,010,02 ) в большей степени способствуют иэмельчению зерна, что приводит к повышению усталостной прочности и корразионнай стойкости сплава. Эти элементы вводятсл в сплав в небольших количествах, 2001143

10 чтобы не снизить пластичность сплава. При увеличении содержания иттрия и циркония свыше 0,02% ухудшается пластичность (деформируемость) сплава при ковке, горячей прокатке и волочении. Содержание циркония и иттрия менее 0,01% нецелесообразно вследствие отсутствия существенного влияния их на усталостную прочность (живучесть) и коррозионную стойкость при твких малых концентрациях.

Наличие в сплаве 39-41% Со. 18-20% Ni и 24-26% Cr способствуют получению однофаэного ) -твердого раствора с высокой корроэионной стойкостью в кислотах, щелочах, физиологическом растворе и других средах. с высокой прочностью и упругостью.

При таком сочетании концентраций Со-NiCr достигается немагнитность и однофазное состояние у -твердого раствора после закалки. Высокие механические свойства сплава получаются после термомеханической обработки, заключающейся в закалке на у -твердый раствор с пластической деформацией (прокаткой или волочением) со степенями обжатия 30-70% с последующим отпуском, При содержании хрома выше 26, никеля выше 20% и кобальта выше 41 ухудшается технологичность сплава (деформируемость) при технологическом переделе (ковке, горячей и рокатке и волочении). Кроме того, при выходе за пределы указанных концентраций кобальта, никеля и хрома сплав может перейти из парамагнитного состояния в ферромагнитное.

Молибден вводится в сплав для упрочнения у -твердого раствора и повышения коррозионной стойкости. Наличие в сплаве повышенного содержания молибдена (911%) способствует повышению потенциала питтингообразования и, следовательно, более высокой коррозионной стойкости в условиях наложенного электрического потенциала. Содержание молибдена выше

11% приводит к ухудшению деформируемости при ковке сплава. При концентрации молибдена ниже 9% наблюдается заметное повышение потенциала питтингообразования, Пример. Сплав выплавляли в вакуумной индукционной печи, что способствует получению более чистого металла за счет снижения количества неметаллических включений, что обеспечивает достижение более высоких эксплуатационных свойств— долговечности (живучести) и корроэионной стойкости против пигтинговой коррозии в условиях наложенного электрического потенциала.

В качестве шихтовых материалов применяли электролитический хром марки ЭРХ по ТУ 14-5-76-76, железо марки 008Ж Р по ТУ

14-1-2033-77, отожженное в водороде, кобальт марки Н1 или Н1А по ГОСТ 123-78. электролитический никель марки Н1 или HIV; молибден-штабики марки М0-2, алюминий марки А-99, йодидный титан марки ТИ, кремний марки KP-1. рафинированным марганец марки M1 0, йодидный цирконий по

ТУ 95-37-71. иттрий марки ИтМ-1 по ТУ 4840-208-72.

После выплавки слитки подвергаются ковке на сутунку или пруток определенного размере, иэ которых потом путем горячей и холодной пластической деформации изготавливаются проволока или лист требуемого размера.

Иэ предлагаемого сплава изготовлена.партия электродов типа ЗКПЖ-1 для постоянной стимуляции сердца и гастроэнтерологических электродов типа ПЭГ. Испытания электродов показали, что они обладают высокой коррозионной стойкостью, надежностью и долговечностью, обеспечивающими их эксплуатацию до 10 лет и более.

Усталостную прочность (долговечность) определяли на проволочных образцах диаметром 0.2 мм по схеме изгиба с вращением при радиусе изгиба б мм. Возникающие при этом напряжения изгиба в волокнах проволоки составляли 300-320 кгl мм . За показаг тель долговечности токоведущей жилы электрода принималось число энакопеременного нагружения до разрушения образца.

Химический состав сплавов и результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 2, предлагаемый сплав имеет по сравнению с известным следующие преимущества: более высокую усталостную прочность (долговечность), Число циклов энакоперемененого нагружения— число перегибов до разрушения образца иэ предлагаемого сплава составляло 27003300 циклов, в то время как в сплаве-прототипе всего 2000-2500 циклов, более высокую коррозионную стойкость против питтинговой коррозии в условиях наложенного электрического потенциала.

Предложенный сплав предназнач н для изготовления конструктивных элементов электродов, имплантируемых в организм человека с целью стимуляции внутренних органов и живых тканей или диагностики заболеваний.

Как показали исследования, предложенный сплав отличается от известных повышенной корроэионной стойкостью в условиях нал а кенного электрического по2001143 венных кровеносных сосудов), материалов для эндопротезирования, атравматических игл, игл для рефлексотерапии, скрепок. штифтов, для различных хирургических имплантантов в организме человека, применяемых при металлоостеосинтезе, протезов коленного. голеностопного и тазобедренного суставов и др, (56) 1. Соловьева Н.А. и др. Прецизионные сплавы с особыми свойствами/Справочник ЦНИИЧМ, 1963, 2. Авторское свидетельство СССР ¹

521349, кл. С 22 С 38/52. 1976.

Таблица1

Таблица2 дел и роч ности, о„, П редел !

МПа кг/мм } Îç,МП

126

134

118

1705 (174)

1715 (175)

1752 (179) Р-1715 (140-175} i 1176-132

Продолжение табл.2 тенциала и меньшей склонностью к питтинговой коррозии в среде плазмы крови и продуктах жизнедеятельности человека в сочетании с высокой усталостной прочностью (долговечностью). Сплав может быть 5 использова для медицинских иэделий, в частности для токоведущих жил и электродов, вживляемых в организм человека, для стимуляции сердца и других внутренних органов, для гастроэнтерологических и других 10 диагностических электродов, противотромбозных фильтров. фиксирующих элементов протезов для замещения патологически измененных кровеносных сосудов (искусстФормула изобретения

KOPPO3f4OHHO-CTO01KNl4 flPEQ13VlOHHbllil YffPYгий немлгнитный coRAB преимущественно для медицинских изделий, содержащий кобальт, никель, хром, молибден и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, титан, цирконий и иттрий при следующем соотношении ко лпо нентов,мас,,ь:

Кобальт

Никель

Хром

Молибден

Алюминий

Титан

Цирконий

Иттрий

Железо

39-41

18-20

24-26

g-11

0,2-0,5

0,1-0,3

0,01 — 0,02

0.01 - 0,02

Остальное