CN1011791B - 心电图描记仪的非晶合金电极 - Google Patents

Abstract

心电图描记仪的非晶合金电极，由铁基(或镍基)非晶合金制作而成，该合金含有金属元素铬，还含有磷，碳，硅和硼一组半金属元素中的至少一种元素。

Description

本发明涉及用于人体以获得心电图的心电图描记仪的非晶合金电极，特别涉及具有极好耐腐蚀性能，制作成本低廉的一类心电图描记仪的非晶合金电极。

众所周知，在先有技术中，由于心脏，肌肉等的作用，在人体中会含有出生物电。

特别是，通过将在人的皮肤表面所感应的微弱电流，引入外部心电图描记仪，心脏的生物电流便可用于对心脏的诊断。在心电图描记仪中，电极是极其重要的元件，它与皮肤表面保持接触，以实现人体至心电图描记仪的输入部分的电耦合。

电极是高精度地测量生物电位和获得高波形分辨率的重要元件。

如此重要的电极，必须满足三点要求，即低电阻，极好的耐腐蚀性能和化学稳定性。

更详细地说，电极应当具有低的电阻，就是说，它应当是电的良导体，以便能够将人体内即便是十分微弱的电流传到其外部。

此外，由于电极是用在一般的医疗场所，它经常与各种化学药品接触，且很容易被这些化学药品所粘附。因此，电极应当具有极好的耐腐蚀性能。

更进一步来说，当电极与人体接触时，它容易发生化学变化。这种化学变化将产生电动势或所谓的极化电压。该极化电压将叠加在心电图描记仪的输入信号（即心电图描记仪信号）上，并对心电图描记仪的输入放大器产生有害的影响。从心电图精度的角度来看，极化电压越高，害处越大。因此，要求电极具有化学稳定性。

具有上述电性能的材料为银和氯化银的合金，因此，这些合金被广泛地用作心电图描记仪的电极。

含有银的合金，最适合用作心电图描记仪的电极，因为它们具有很高的导电率，极好的耐腐蚀性能，且化学性质稳定。但是，银很昂贵，且产量很少，因此，不容易得到。由于这一原因，希望有一种价格便宜，耐腐蚀性能极好，且又容易得到的心电图描记仪的电极材料。

本发明就是打算解决以上的问题，其目的就是提供一种心电图描记仪的非晶合金电极，该电极具有极好的耐腐蚀性能，且制作成本低廉。

根据本发明提供的心电图描记仪的非晶合金电极，是由铁-铬体系的非晶合金构成，这种合金含有金属元素铁和铬，同时还含有一种非金属元素，其中铬的原子百分数含量为1%至35%，半金属元素为磷，碳，硅和硼一组元素中的至少一种元素，其原子百分数含量为10%至25%。

图1是实施本发明的心电图描记仪的非晶合金电极的平面图;

图2和图3分别是依据本发明的电极的透视图和说明此电极使用方法的形象透视图。

在先有技术中，广泛采用的耐腐蚀合金是不锈钢合金，例如，13-%铬钢，18-8不锈钢（304钢）和17-14-25钼不锈钢，以及镍合金。这些合金具有一定程度的耐腐蚀性能。但是，在强腐蚀条件下，例如，在1个当量浓度的盐酸盐水溶液中，它们的钝化态膜就会被破坏，从而被腐蚀。

因此，本专利的发明者们，对非晶合金进行了研究和探索，发现了具有极好的耐腐蚀性能的含铬铁基非晶合金和铁基非晶合金，这种铁基非晶合金，是通过在上述的含铬铁基非晶合金中加入钼作为辅助成分而得到的。

在铁基非晶合金中加入上述金属元素的原因，以及它们的量值范围。将在下面介绍。

在现有技术中，众所周知，非晶合金通常要比具有相同成分的结晶态合金，更有可能被腐蚀，其原因是非晶合金的化学活动性较强。但是，含铬铁基非晶合金比起具有相同成分的结晶态合金和先有技术中的耐腐蚀合金，则具有更强的耐腐蚀性能。而且，含铬铁基非晶合金的耐腐蚀性能，通过加入钼，进一步得到改善。

本专利的发明者们，研究了含铬铁基合金具有强耐腐蚀性能的原因，他们发现，这种强耐腐蚀性能，应归因于此种非晶合金本身的化学均匀性和较强的化学活动性，化学均匀性有利于均匀钝化态膜的形成，而强的化学活动性，则有利于迅速形成坚实而致密的钝化态膜。钝化态膜主要由氢氧化铬的 水合物所组成，钝化态膜中氢氧化铬的浓度，对于形成钝化态膜的高度保护特性是十分重要的。钼的存在，对于钝化态膜中氢氧化铬的浓度，有着很大的影响。因此，加入铬对于增强耐腐蚀性能是必不可少的，而加入钼，又促进了钝化态膜的形成。

下面将介绍为获得足够的钝化态所需的合金的成分。

在含铬铁基非晶合金中，为了得到足够的钝化态，以保证在1克分子盐溶液的腐蚀条件下，合金具有耐腐蚀性能，铬的原子百分数含量必须等于或大于1%。当铬的含量增加时，在按比例增强的腐蚀条件下，合金仍然具有耐腐蚀性能。但是，当铬的原子百分数含量超过35%时，非晶态形成能力就会变坏。因此，为保证心电图描记仪电极所必须的耐腐蚀性能，同时又使得非晶合金易于制作，铬的原子百分数含量的范围被定为1%至35%。

将钼作为金属元素加入到含铬铁基非晶合金中，能够促进钝化态膜的生长，因而能够得到更强的耐腐蚀性能。例如，在含有铬和钼，同时还含有原子百分数含量为13%的磷和原子百分数含量为7%的碳作为半金属元素的铁基非晶合金中，如果钼的原子百分数含量为5%，而铬的原子百分数含量等于或大于10%，或者是钼的原子百分数含量为10%，而铬的原子百分数含量等于或大于5%，那么，在室温条件下，在6个当量浓度的盐酸水溶液中，仍然可得到足够的钝化态。这就是说，即使是在像6个当量浓度的盐酸水溶液这样十分强烈的腐蚀条件下，如果铬的原子百分数含量等于或大于5%，同时铬和钼的原子百分数含量总和等于或大于15%，那末合金仍然具有耐腐蚀性能。当铬的含量增加时，由于形成满意的钝化态，所必须的钼的含量就要减少。而且，尽管大量加入钼会增加腐蚀电位，但是，一旦钼的含量超过一预定的量以后，腐蚀速度就固定不变了。因此，钼的原子百分数含量超过20%是不希望的，因为钼是价格昂贵的元素。当钼的原子百分数含量超过20%，或者当铬和钼的原子百分数含量总和超过35%，非晶态形成能力就会变坏。

下面，将对选择的半金属元素以及它们的含量进行介绍。

为了制作非晶合金，必须加进半金属元素。磷，碳，硼，硅和锗，都被用作半金属元素，这些半金属元素，能使所得到的非晶合金具有不同的特性。在这些元素中，锗所提供的耐腐蚀性较差，且会使材料的成本增高。由于这一原因，磷，碳，硅和硼一组元素中，至少一种元素将被采用，其原子百分数含量为10%至25%。

加入上面所述的半金属元素的含铬铁基非晶合金，具有下述的一些特性。就耐腐蚀性能而言，含磷的合金，最为满意。但是，如果只采用磷一种元素，其非晶态形成能力稍差。

当只采用碳一种元素时，与只采用磷的情况一样，非晶态形成能力稍差，不过耐腐蚀性能还是令人满意的。然而，如果采用两种或更多种不同的半金属元素的组合，那么，这些合金的非晶态形成能力，会很容易地得到改善。例如，当采用磷和碳的组合时，既能获得满意的耐腐蚀性能，又具有满意的非晶态形成能力。含有硼或硅的合金，其耐腐蚀性能劣于那些含磷、碳的合金。但是，这些合金，作为心电图描记仪的电极使用。不会引起特殊问题。含有硼作为半金属元素的合金，其非晶态形成能力最佳。从价格和易得性的观点来看，碳，磷，其次硅，比较便宜和容易得到，而硼最贵。在实际制作中，比较合理的做法是，统一权衡上述各种特性，以便选择出最好的体系，合适的体系有磷-碳体系，磷-硅体系，磷-硼体系和碳-硼体系。

现在介绍这些半金属元素的含量。当这些半金属元素的原子百分数含量低于10%时，非晶合金的形成较为困难。增加半金属元素的含量，有助于改善耐腐蚀性能。因此，为得到同样的耐腐蚀性能，增加半金属元素的含量，就能够节省金属元素铬和钼。这对于实际的合金来说，具有十分重要的经济意义，因为铬和钼都是比较昂贵的金属元素。当半金属元素的原子百分数含量的总和超过25%时，合金的非晶态形成能力会变坏。因此，半金属元素的原子百分数含量应当等于或低于25%。

本发明所介绍的铁铬体系非晶合金，可以采用普通液态金属超快速冷却工艺制得。考虑到合金组成的成分，可利用生铁或纯铁作为铁的来源。对于金属元素铬或钼，可采用市场上买得到的纯金属。或者采用铁铬合金或钼铁合金。对于半金属元素，可采用市场上买得到的纯料，也可采用铁硼合金，磷铁合金，硅铁合金或碳化铁（Cementite）。

当混合物制备好以后，加热将其熔化，再将熔 体经过一喷嘴，喷射到一个冷却体的可动冷却表面上，使其迅速冷却并凝固，从而得到本发明所述的合金。另一种方法是，将熔化物质喷入像水那样的冷却介质中，使其迅速冷却并凝固。

事实上，铁合金可以用作为合金元素的原材料来制作本发明所述的合金，这从经济效益和生产率的观点来看，非常有利。更具体来说，铁铬合金或钼铁合金，是迄今为止作为铬或钼原料的最便宜的材料。而且，铁铬合金熔点低，钼铁合金的熔点，比起纯钼来，要低很多，因此特别适合大量生产均匀熔融合金。此外，这些铁合金中的杂质，主要是磷、碳和硅，这些都是制作本发明所述的合金中必须的元素。还有，本发明所述的非晶合金，可以制作成薄带或薄片。

附图说明了用上述方法获得的合金制作而成的电极的使用方法。图1是心电图描记仪电极1的平面图，该电极由非晶合金薄带或薄片制成。如图2所示，这种非晶合金被用作夹子电极2中的电极部件3，非晶合金电极部件3连结至夹子电极2上。

如图3所示，这种夹子电极2，加至病人的两只手臂和两条腿上，因而，在病人皮肤表面所感应的弱电流，就通过导线流入心电图描记仪5，从而获得心电图。

如前面所述，根据本发明所制作的心电图描记仪的非晶合金电极，其非晶合金的基本成分是铁，因此，制作成本很低。另外，这种非晶合金电极具有极好的耐腐蚀性能和很长的使用寿命。而且，这种非晶合金电极化学性质稳定。还有，由于这种电极为薄带或薄片形，因此，很容易弯曲，以适合皮肤表面的不规则形状，这作为心电图描记仪的电极，是十分理想的。

Claims (1)

1、一种非晶态合金的用途是制造心电图描记仪电极。该合金的化学成分(原子%)为Cr1-35%，P、C、Si和B中至少一种12-25%，Fe余。

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