近年来，向医疗器械行业供应金属部件的企业在性能质量方面取得了显著的进步。随着统计过程控制、ISO 9000认证和其他举措的出现，这些合金的整体质量从未像现在这样好。
图片来源:乌尔布里希不锈钢及特殊金属公司
制造商医疗器械如今，可植入设备有很多有效金属可供选择。
了解这些材料之间的差异以及每种金属提供的不同可能性，为设计师在选择适合应用的亚博网站下载合适等级或合金时提供了一定的自由度。
强大的力量和灵活性可以结合明亮，清洁的表面，帮助无菌条件。
鉴于当今许多外科手术都非常复杂，而且始终存在对患者安全和舒适的担忧，设备制造商需要有信心，他们购买的部件和材料是手头工作的最佳选择。亚博网站下载
微创和非侵入性手术的发展，使外科医生在与手术现场工作时没有直接的眼神接触，这引起了人们对一个关键因素的额外关注，即设备应该在第一次、每次工作时都没有任何问题。app亚博体育
通过冲压厂和制造商购买的金属部件以及制造它们的原材料都受到特别的审查，因为买家一直在寻找便宜、更有效的替代品。亚博网站下载
尽管塑料继续在医疗领域取得重要进展，包括在一些设备中取代金属，但金属在许多重要的医疗应用中仍然至关重要。
今天的设计师可以从不断扩大的金属材料和金属形式中进行选择——大量的选择可以帮助满足医疗设备行业的目标，实现更高水平的质量和增强的设亚博网站下载备性能。app亚博体育
金属选择是如何发挥作用的?
对于必须提供优良的强度和刚度的部件，金属是首选，特别是小截面的部件。
它们也是需要成形或加工成复杂形状的部件的首选，包括刀片、尖端和探头;用于与其他金属部件协同工作的机械部件，如齿轮、杠杆、滑块和触发器;在高温环境中灭菌的部件;以及其他需要机械或物理性能超过聚合物基材料的部件。亚博网站下载
通常情况下,金属提供一个坚固的，明亮的表面，有助于易于清洁和消毒，这是很好的卫生保健应用程序的要求。
然而，金属表面的氧化是不受控制的和破坏性的方式，如钢，铝，或铜，是主要的原因，如不锈钢，镍合金，钛或钛合金通常是最突出的材料在医疗设备领域。app亚博体育亚博网站下载
这些高性能金属具有特殊的特性、一定的局限性和特殊的多功能性。熟悉普通金属或塑料的产品工程师将在使用这些材料时发现广泛的可能性，这往往需要一种新的设计方法。亚博网站下载
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不锈钢
当指示要将金属部件纳入医疗器械的设计中时，通常选择300系列不锈钢。
这些合金实际上是无腐蚀性的;可以在一系列表面处理中制作，从反光到哑光;提供优越的机械和物理性能;并且相对容易冷成型或加工成不同的零件。
不锈钢合金由17 - 25%的铬和8 - 25%的镍组成。铬的存在提供了一些耐腐蚀的不锈钢形成一个研究，粘附和看不见的氧化铬膜在合金的表面。
如果受到机械或化学损伤，这种薄膜也能自我修复。有时，加入高达7%的钼以进一步提高耐腐蚀性。
最突出的医疗部件不锈钢等级是301,304,304L和305。这些版本在合金成分上略有不同，使用何种等级取决于腐蚀要求、成形性或必要厚度和回火的可用性。
其他关键的设计参数包括表面条件和强度。
不锈钢合金在保持良好的延展性和韧性的同时，可以经过冷加工获得很大的拉伸和屈服强度。
在室温下，它们的屈服强度在30到200 ksi之间，取决于冷加工的量和整体成分。被识别为“奥氏体”或“马氏体”的不锈钢等级是指金属在加热到最佳温度以上，然后迅速冷却后的冶金结构。
最终的组织由合金的组合以及热处理的时间和温度决定。奥氏体不锈钢更易于成形，而马氏体不锈钢则更致密、更坚固。
对于大多数使用奥氏体不锈钢的医疗器械部件，铬含量为16 - 20%，镍含量约为6 - 14%。铬的存在通过在合金表面形成持久的粘附和看不见的氧化铬膜满足首选的耐腐蚀性能。
如果机械或化学损伤，这种薄膜可以自我修复。在某些牌号中，添加高达7%的钼以进一步提高耐腐蚀性能。
在当今的医疗应用中，外科吻合器是300系列不锈钢部件的有效展示，包括弹簧、滑盒、框架、砧和钳口。订书钉本身是用不同等级的不锈钢丝制作的。
300系列不锈钢的进一步应用包括导管，动脉斑块去除剂和诊断仪器。一种镍含量较高的合金，316不锈钢级，由于其在高温下的高蠕变强度，偶尔被指定用于支架。
等级304L和316L是相应合金的低碳版本，并在预期焊接时予以认可。
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可硬化的合金
400系列不锈钢经常用于外科器械，与300系列相比，其耐腐蚀性能不如300系列，但可以通过热处理精制到更高的强度和硬度水平。
410和420这两种最常用的等级，铬含量有限，不含镍。通用级是410级，而420级的含碳量增加，可以硬化到更大的强度。
410型马氏体不锈钢也用于外科器械。虽然耐腐蚀性能与300系列不匹配，但可以通过热处理来细化等级，以达到更高的强度和硬度水平。410型携带约11.5至13.5%的铬，不含镍。
当零件需要增强强度和刚度时，例如设备外壳，设计师可以选择沉淀硬化不锈钢中的一种，如17-7 PH或17-4 PH。app亚博体育
这些冶金混合料在成分上与301型不锈钢极为相似，唯一的区别是添加了微量的铜、铝、磷或钛。
当一个零件成形成最终的形状后，它会接受一种时效硬化处理，在这种处理中，这些添加的元素会引起相变。其结果是金属间化合物的形成，大大提高了零件的强度和硬度，有时可高达40%。
钛
在常用的金属材料中，纯钛是最惰性和最昂贵的——通常用于亚博网站下载超高可靠性部件或那些术后留在病人体内的部件。这些包括替换关节，心脏起搏器罐和其他金属植入物。
在医疗领域，钛合金也主要用于不锈钢不能满足硬度、强度、耐腐蚀性或附加规格的部件。
钛的强度不及钢铁重量的三分之二，是一种高级生物材料。其优异的耐腐蚀性是基于其在暴露于空气或其他氧化介质时形成紧密粘附的氧化膜的能力。
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这种钝化膜可以承受所有类型的腐蚀，即使在金属表面被损坏后也会重新形成。
在医学领域最密集的应用之一，也是可用合金制造和使用方面最新颖的应用之一。
常见的髋关节置换是一种终身使用的假体，因此要求材料具有极高的强度、非凡的耐磨性和优异的耐腐蚀性。亚博网站下载
不同制造商的设计确实略有不同，但最受欢迎的一种是由放置在髋臼中的钛合金杯组成，它被安装在钴铬合金头部上，钴铬合金柄插入股骨。
对于那些制造钛髋关节关节，Ti-6AL-4V钛合金，包括低氧ELI级，通常是植入应用的首选，无论是在板和棒。棒是最常用的开始材料，当零件将被锻造，是在直径达7英寸。
最常用的钛合金Ti-6 AL-4V在室温下的最小抗拉强度为120000 psi。它是完全热处理的截面尺寸为一英寸。
热处理可使强度和硬度提高20%左右。老化后，一英寸棒材的标准屈服强度为150,000 psi，硬度为360 Bhn。
为什么某些产品形式更受青睐?
不锈钢、可硬化合金、钛合金可根据医疗行业的要求加工成不同的形状，包括线材、带材、薄板、棒、板、箔、棒等。
由于医疗设备部件通常非常小和复杂，通常使用自动冲压机来形成形状。带钢和线材很适合这种加工方式，是最常用的起始材料。亚博网站下载
这些轧机形状可供广泛的尺寸。例如，条带从0.001英寸的超薄箔变化。厚度可达0.125英寸。，而扁丝可以提供厚度为0.010至0.100英寸。宽度为0.150到0.750英寸。
考虑将扁线作为带钢的替代品
为了通过自动冲压机加工带材，需要精确的宽度;这也减少了废料。分条到宽度是一项可以由带钢辊或具有同等技术的带钢服务中心完成的任务。
对于大多数冲压零件，供应商可以通过去毛刺，圆角，或方正它时，边缘条件是一个因素的狭缝边缘。
当需要光滑的边缘时，设计师可以选择使用扁平的金属丝而不是长条。因为在轧制扁线材时，四边都使用了模具，所以整个长度的边沿都是干净的，均匀的。这可以提供更多的好处，并节省了调整边缘的成本。
其中一个主要的好处是生产一种“带”产品，它的宽度非常厚。对于非常薄的量规，可以在狭缝宽度窄至0.035英寸的情况下获得常规带材。
然而，随着厚度的增加，切割机需要更多的刀之间的空间，以维持平面度，弧度和其他形状参数。当带钢的厚度接近宽度的20%时，扁丝通常可以增加公差，特别是在0.75英寸以下的宽度。
购买者对金属丝和带材的选择几乎一样多，所以可及性不是问题。线材有很多品种，包括300和400系列不锈钢，钛和沉淀硬化合金。
有哪些特点需要记住?
加工
6-4合金的机械加工性能接近奥氏体不锈钢。这两家公司都使用了美国钢铁协会B-1112钢的22%左右。然而，钛与硬质合金刀具反应，加热加剧了反应;因此，建议使用切削液强驱油。
不应使用含有卤素的液体，因为如果在加工操作后没有彻底清除它们，就有引起应力腐蚀的风险。
成形性
虽然母模更喜欢冷成型简单的材料，但成形性与买亚博网站下载家首先确定这些合金时可能想要的确切东西相反——异常的硬度和强度和硬度。
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例如，尽管手术钉的横截面很细，但需要最大的强度，所以它们不会分开。但它们还必须具有足够的可成形性，以便外科医生能够在不使用非侵入性钉书工具的情况下紧密闭合它们。
在重新轧制阶段，可以很容易地实现强度和成形性之间的有效平衡。在带钢轧制至规格时，通过在道次之间退火以消除加工硬化的影响，可产生适当的成形性。
通过交替热处理和冷轧，辊筒提供了一种可成型材料，可在传统的多滑块和多模冲压设备上进行成形、拉伸和冲压。app亚博体育
钛及其合金的延展性可能比其他普通结构金属低，但在室温下可以很容易地形成条状产品，尽管与不锈钢相比，其速率较低。
钛由于弹性模量低，在冷成型后会回弹，大约是钢的一半。金属的强度越大，回弹就越高。
由于钛的延展性随温度而增长，当室温作用不足时，可以在较高的温度下进行成形操作。纯钛带材和薄板通常是冷成形的。
一个例外是阿尔法合金，它偶尔被加热到600°-1200°F，以防止回弹。当温度超过1100°F时，钛表面的氧化成为一个因素，因此可能需要进行除垢操作。
由于钛的冷焊特性比不锈钢的更强，所以当钛与成型设备或金属模具接触时，润滑是至关重要的。app亚博体育
控制硬度
当根据厚度轧制合金时，可以很容易地在成形性和强度之间找到平衡。通过在各道次之间退火以消除加工硬化的影响，冷轧提供所需的回火，使材料的强度保持完整，并提供必要的成形性。
为了满足这些合金的严格规格，并尽可能地限制成本，乌尔布里希有冶金学家协助选择合金，并帮助计算提供最佳性能组合的轧制/退火顺序。
表面光洁度
钛基和不锈钢带产品的表面光洁度也在辊压阶段生产。产品设计师可以从一系列产品中选择，包括明亮的反光表面，有效转移润滑剂的哑光表面，或其他用于焊接、钎焊或粘接的特殊表面。
表面光洁度是由轧机上的工作辊表面产生的。例如，极其抛光的碳化物辊提供镜面般明亮的反射表面，而喷丸钢辊20-40µ。RMS磨砂和喷丸硬质合金辊提供18-20µin。RMS消光。
这个过程可以产生60-内的表面。RMS，这是最粗糙的表面。
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大多数金属材料都是可自亚博网站下载由获得的，因为等级在最高的需求医疗设备部分app亚博体育也广泛应用于医疗领域之外。这意味着当地和地区的服务中心一般都备有这些等级的必要仪表和脾气。
当回火和量规的首选组合不能立即采购，不锈钢和高合金辊的服务，如乌尔布里希不锈钢可能会被要求。
这些专家利用重型轧机将带钢厚度或线材直径降低到精确尺寸。它们还拥有在道次之间退火金属的熔炉，消除了加工硬化的影响，并提供了一个回火，保持材料的强度和产生适当的成形性。
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哪种金属适合你的医疗器械?
虽然从用户的角度来看，不锈钢、钛和镍基合金比更频繁使用的材料更加复杂，但它们也提供了相当广泛的功能范围。亚博网站下载
这些“冶金动物”可以通过加热、冷却和淬火来定制，以展示特定的机械性能。
如果愿意，它们可以在整个加工过程中进一步改进:例如，硬化可以通过轧制更薄的量规实现，随后的退火可以恢复损失的性能，提供精确的回火，以实现成本效益的成型。
一旦设计师熟悉了材料的复杂性，他们将很快看到这些特殊的金属在许多医疗产品中提供了几个无与伦比的好处，包括无与伦比亚博网站下载的耐腐蚀性，最佳的机械性能，广泛的表面处理和卓越的生产多功能性。
乌尔布里希是一个开发合作伙伴，可以回答任何有关必要的医疗应用程序的问题。
这些信息来自于Ulbrich不锈钢和特殊金属公司提供的材料。亚博网站下载
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