CN109338345A - 一种医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法，其特征在于：使用的钝化液为去离子水；钝化处理方法为：将医用高氮无镍不锈钢放入去离子水中，钝化处理温度为50～95℃，钝化时间为0.5～10h。通过本方法处理的无镍不锈钢可以获得优异的耐腐蚀性能，同时该方法环保无污染，工艺步骤简单，成本大大降低，更加安全。本发明钝化处理方法对提高无镍不锈钢材料与相关器件的耐腐蚀性能具有广泛的应用价值。

Description

一种医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法
技术领域
本发明属于不锈钢表面处理技术领域，具体涉及一种医用高氮无镍不锈钢(HNNFS)的环保型表面钝化处理方法。
背景技术
奥氏体不锈钢具有优异的综合性能和相对低廉的价格，目前广泛用于医用植入器械以及其他医疗器械。然而，传统奥氏体不锈钢(如00Cr18Ni14Mo3)中含有大量镍元素(Ni)。不锈钢在人体环境中不可避免的腐蚀，会导致Ni离子的溶出，进而对人体产生致敏、致畸等危害。如《柳叶刀》中发表的文章研究认为，Ni等金属离子溶出引起的过敏反应可能是冠脉支架内再狭窄发生的主要原因。高氮无镍不锈钢(HNNFS)以氮(N)代替Ni，获得了优异的力学性能、耐局部腐蚀性能和生物相容性。近些年国内外陆续开发出高氮无镍不锈钢接骨螺钉和冠脉支架等医用植入器械产品，并且已经开始应用于临床。医用高氮无镍不锈钢具有广阔的临床应用前景。
在高氮无镍不锈钢中，为了提高N的溶解度，加入了大量锰元素(Mn)。研究发现，随Mn含量的提高，不锈钢的耐均匀腐蚀能力会大幅降低。这将导致高氮无镍不锈钢在人体中溶出大量Mn等金属离子，对其生物相容性可能产生不利影响。如在人体中过量的Mn离子会诱发“Mn中毒”。因此有必要提高高氮无镍不锈钢的耐均匀腐蚀性能，以进一步提高其生物相容性。
为了提高不锈钢的耐蚀性，目前普遍采用化学钝化的方法。然而传统钝化方法操作工艺复杂；另外常用硝酸、柠檬酸、乙酸酐等钝化液，易造成环境污染，且处理成本较高；钝化液的强酸性也使生产过程中的危险系数增大。因此针对高氮无镍不锈钢的实际应用，需要开发一种操作简单、环境友好、成本较低、更加安全且钝化效果好的新型钝化方法。
发明内容
本发明的目的是解决传统钝化方法存在的环保、成本和安全等问题，为医用高氮无镍不锈钢提供一种工艺简单、无污染、经济、安全且钝化效果好的新型钝化处理方法。
本发明采用以下技术方案：
一种医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法，其特征在于，高氮无镍不锈钢钝化工艺中使用的钝化液为去离子水，钝化处理工艺包括如下步骤：
将医用高氮无镍不锈钢材料或器件放入去离子水中，在设定的钝化处理温度(50～95℃)和钝化时间(0.5～10h)进行钝化处理，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
作为优选的技术方案：钝化处理温度为75～95℃，钝化时间为1～2h。
按照重量百分比计，本发明所述医用高氮无镍不锈钢的成分为：Cr：15～30％，Mn：5～30％，Mo：0～5％，N：0.4～2.0％，Ni＜0.1％，余量为铁。
本发明采用去离子水即可大大提高高氮无镍不锈钢的耐均匀腐蚀性能，并获得与传统强酸钝化方式相当的钝化效果。
钝化处理前医用高氮无镍不锈钢经机械抛光或酸洗以去掉表面氧化皮，之后进行电解抛光处理。电解抛光，将高氮无镍不锈钢放入高氯酸和冰乙酸的混合液中，其中高氯酸含量为10～30％；电解液温度为10～25℃，并采用20V电压电解抛光6分钟；抛光完成后采用去离子水冲洗。中和，常温下将高氮无镍不锈钢放入5％的NaHCO3溶液中浸泡2分钟，以中和残留抛光液，之后采用去离子水冲洗，完成钝化处理前的预处理过程。
本发明的有益效果在于：
(1)目前钝化方法常用硝酸、柠檬酸、乙酸酐等钝化液，工艺复杂、污染环境、成本高、危害人体健康。本发明从根本上摒弃了传统强酸钝化的方法，采用去离子水作为钝化液，无钝化后为避免残留酸液的反复清洗步骤，操作简单、无毒性、无环境污染，且大大降低成本。
(2)本发明钝化处理方法大大降低了医用高氮无镍不锈钢在腐蚀环境中的金属离子溶出，进而提高其生物安全性。
附图说明
图1采用本发明方法钝化与未钝化样品的极化曲线对比。
具体实施方式
以下实施例将对本发明做进一步说明，但所述实施例仅仅是本发明的部分实施例。
实施例1
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N，具体如下：将高氮无镍不锈钢器件放入去离子水中，钝化处理温度为75℃，钝化时间为1h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
实施例2
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N，具体如下：将高氮无镍不锈钢器件放入去离子水中，钝化处理温度为95℃，钝化时间为1h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
实施例3
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N，具体如下：将高氮无镍不锈钢材料放入去离子水中，钝化处理温度为95℃，钝化时间为5h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
实施例4
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.7N，具体如下：将高氮无镍不锈钢材料放入去离子水中，钝化处理温度为95℃，钝化时间为1h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
实施例5
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-17Cr-17Mn-0.5N，具体如下：将高氮无镍不锈钢材料放入去离子水中，钝化处理温度为95℃，钝化时间为1h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
实施例6
采用环保型表面钝化处理方法钝化医用高氮无镍不锈钢Fe-21Cr-23Mn-1Mo-1.0N，具体如下：将高氮无镍不锈钢材料放入去离子水中，钝化处理温度为95℃，钝化时间为1h，之后干燥处理，即完成整个钝化处理过程。
表1本发明实施例与对比例参数
成分 钝化液 温度(℃) 时间(h)
实施例1 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 去离子水 75 1
实施例2 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 去离子水 95 1
实施例3 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 去离子水 95 5
实施例4 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.7N 去离子水 95 1
实施例5 Fe-17Cr-17Mn-0.5N 去离子水 95 1
实施例6 Fe-21Cr-23Mn-1Mo-1.0N 去离子水 95 1
对比例1 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 未钝化 - -
对比例2 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 去离子水 95 0.2
对比例3 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 去离子水 25 1
对比例4 Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N 25％硝酸 50 1
表2本发明实施例与对比例的电化学与浸泡实验结果
根据医疗器械生物学评价中金属与合金降解产物的电化学和浸泡分析方法(GB/T16886.15-2003)，对比了去离子水对高氮无镍不锈钢钝化前后的耐均匀腐蚀性能。
图1为采用去离子水在95℃对高氮无镍不锈钢Fe-18Cr-15Mn-3Mo-0.9N钝化1h后与未钝化处理的极化曲线对比结果，其中实线为实施例2钝化处理后HNNFS的极化曲线，虚线为对比例1未钝化处理的HNNFS极化曲线。如图所示，钝化处理后HNNFS的自腐蚀电位明显提高，反映不锈钢均匀腐蚀速度的自腐蚀电流降低了一个数量级，即钝化后HNNFS的耐均匀腐蚀能力大幅提高。
表1和表2分别列出了实施例和对比例的钝化处理方法以及钝化处理后的电化学和浸泡分析结果。从结果中可以看出，本发明提出的采用去离子水钝化处理后，不锈钢的均匀腐蚀速度大幅降低，最佳钝化工艺可以降低腐蚀速率一个数量级。只有当钝化的温度和时间在本发明提出的优化范围内，才能达到最佳的钝化效果。本发明提出的去离子水钝化处理方法的钝化效果与传统强酸钝化方式(如硝酸)相当，有时甚至优于传统钝化处理效果。
综上所述，本发明提出了一种医用无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法。本发明采用去离子水钝化处理无镍不锈钢，可以获得优异的耐腐蚀性能，同时该方法环保无污染，工艺步骤简单，成本大大降低，更加安全。针对无镍不锈钢特殊的腐蚀特征，本发明对无镍不锈钢材料与相关器件的钝化处理具有广泛的应用价值。
以上实施例仅用来说明本发明，但不限制本发明的适用范围。

Claims (3)

1.一种医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法，其特征在于：使用的钝化液为去离子水；钝化处理方法为：将医用高氮无镍不锈钢放入去离子水中，钝化处理温度为50～95℃，钝化时间为0.5～10h。
2.按照权利1所述的医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法，其特征在：使用的钝化液为去离子水；钝化处理方法为：将医用高氮无镍不锈钢放入去离子水中，钝化处理温度为75～95℃，钝化时间为1～2h。
3.按照权利1所述的医用高氮无镍不锈钢的环保型表面钝化处理方法，其特征在：按照重量百分比计，所述医用高氮无镍不锈钢的成分为：Cr：15～30％，Mn：5～30％，Mo：0～5％，N：0.4～2.0％，Ni＜0.1％，余量为铁。
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