Otelurile inoxidabile

Otelurile inoxidabile

Primul otel inoxidabil folosit ca material pentru realizarea unui implant a fost 18-8 (302 AISI), care are o rezistenta mai mare decat vanadiul si mult mai rezistent la coroziune. Otelul pe baza de vanadiu nu mai este folosit in implanturi deoarece in prezent rezistenta la coroziune este inadecvata, asa cum este prezentat si in subcapitolul 6. Ulterior, a inceput sa fie folosit otelul inoxidabil Mo 18-8, care contine molibden pentru a imbunatati rezistenta la coroziune in apa sarata. Aliajul astfel obtinut a inceput sa fie cunoscut ca tipul 316 de otel inoxidabil (AISI). In anii 1950, cantitatea de carbon din tipul 316 a fost redus de la 0,08 % la 0,03 % greutate maxim pentru o mai mare rezistenta la coroziune in cloruri ; acest nou aliaj a fost cunoscut ca tipul 316L. [Se mentioneaza ca aceste oteluri se pot aproxima, in standardul romanesc, cu otelurile 10TiNiCr180 si 2MoNiCr17]

Tipurile si compozitia otelurilor inoxidabile

Cromul este componentul major al metalelor inoxidabile rezistente la coroziune. Valoarea minima efectiva a concentratiei de crom este de 11% greutate. Cromul este un element reactiv dar atat el cat si aliajele pe baza de crom pot fi pasivizate astfel incat sa se obtina o excelenta rezistenta la coroziune.

Otelurile inoxidabile austenitice, mai ales tipurile 316 si 316L, sunt cel mai des folosite in implanturi. Acestea nu se durifica prin tratament termic, ci prin precipitare la racire. Acest grup de oteluri inoxidabile este nonmagnetic si prezinta o rezistenta la coroziune mai mare decat alte metale sau aliaje. Incluzand molibdenul in aceasta categorie, cresc sansele rezistentei la coroziune in apa sarata. ASTM (American Society of Testing Materials - Societatea americana de testare a materialelor) recomanda tipul 316L, si nu 316 in realizarea implanturilor Compozitiile  tipurilor 316 si 316L (precum si a marcilor romanesti) sunt prezentate in Tabelul 5-1.

Nichelul este folosit in stabilizarea fazei austenice la temperatura camerei si, mai mult decat atat, in cresterea probabilitatii rezistentei la coroziune. Stabilitatea fazei austenice, in cazul otelurilor inoxidabile cu carbon 0,10 % greutate, poate fi influentata si de prezenta Ni si Cr, asa cum ne arata si Figura 5-1.

Tabelul 5-1.Compozitia otelurilor inoxidabile*

Figura 5-1. Efectul Ni% si Cr% asupra austenitei din otelurile inoxidabile cu un continut de 0,1%C.

(Din: Concise Metals Engineering Data Book, ASM, Ed. Joseph R. Davis, 1997).

1.2. Proprietatile otelurilor inoxidabile

Proprietatile otelurilor inoxidabile de tipul 316 si 316L (AISI) sunt prezentate in Tabelul 5-2. Asa cum se poate observa, o mare varietate de proprietati pot fi obtinute in functie de procesul de incalzire (pentru a obtine materiale moi) sau de racire (pentru o rezistenta mai mare si duritate). Proiectantul trebuie sa fie foarte atent la alegerea materialului de acest tip. Chiar si tipul 316L poate intra in coroziune in corpul uman in anumite circumstante precum o zona cu presiune foarte mare si lipsita de oxigen. Cu toate acestea, este indicata folosirea lor in implanturi temporare precum tije, suruburi, articulatiile soldului s.a.

Tabelul 5-2. Proprietatile mecanice ale otelurilor inoxidabile folosite in implanturile chirurgicale

Fabricarea implanturilor folosind otelurile inoxidabile

Otelurile inoxidabile austenitice se durifica foarte rapid in urma prelucrarii mecanice (aschiere, deformare), ca in figura 5-2, care nu pot fi prelucrate la rece decat in urma unei tratari la cald. Cu toate acestea, prelucrarile la cald nu ar trebui sa induca formarea carburii de crom (CCr₄) care ar putea cauza coroziune. Din acelasi motiv, implanturile din oteluri inoxidabile austenitice nu sunt bine legate.

Figura 5-2. Efectul prelucrarii la rece asupra limitelor la curgere si la rupere a unor

oteluri inoxidabile de tip (Cr-Ni) 18-8.

Book on Industrial Alloy and Engineering Data, ASM, Metal Park, Ohio, 1978, p.223).

Distorsiunea componentelor in urma prelucrarii la cald poate avea loc, dar aceasta problema poate fi rezolvata cu usurinta tinand sub control temperatura constanta. Un alt efect nedorit al prelucrarii la cald este formarea la suprafata a unor straturi de oxizi, care trebuie sa fie indepartate fie chimic (cu acizi) fie mecanic (prin sablare). Dupa indepartarea straturilor, suprafata compusului este finisata pana ce devine ca o oglinda sau mata. ulterior, suprafata este curatata, degresata, si pasivizata cu acid azotic (Standard ASTM F86). Compusul este spalat si curatat din nou  inaintea impachetarii si sterilizarii.

Pe plan mondial, utilizarea otelurilor inoxidabile austenitice este limitata datorita eliberarii produsilor de coroziune sub forma de ioni metalici Ni²⁺, Cr³⁺, Cr⁶⁺ care produc efecte locale in organism si care distrug implantul.