316L 不锈钢和 321 不锈钢都可用于医疗器械制造,但 316L 不锈钢更适合,原因如下:
耐腐蚀性:
316L 不锈钢:含钼元素,在含氯离子等复杂体内环境中,抗点蚀、缝隙腐蚀能力强,能抵御人体组织液、血液等侵蚀,减少腐蚀产物释放,降低对人体的潜在危害。
321 不锈钢:钛元素主要提升其耐晶间腐蚀能力,在医疗器械所处的复杂腐蚀环境中,综合耐腐蚀性不如 316L 不锈钢。
生物相容性:
316L 不锈钢:碳含量低,析出有害物质少,生物相容性好,长期植入人体不易引发炎症、过敏等不良反应。
321 不锈钢:生物相容性虽能满足一定要求,但在某些情况下,其耐腐蚀性不足可能导致金属离子释放,影响生物相容性。
加工性能:
316L 不锈钢:加工硬化性优,可通过冷加工提高强度,且焊接性能良好,能加工成复杂形状的医疗器械部件,满足不同医疗需求。
321 不锈钢:加工性能良好,但在焊接过程中,对工艺要求相对较高,需控制焊接参数,以焊接质量和性能。
应用场景:
316L 不锈钢:广泛用于制造手术刀、缝合针、植入物、医疗器械外壳等,能适应各种医疗环境和使用要求。
321 不锈钢:更多应用于高温环境下的医疗器械部件,如一些需要在高温消毒或特殊高温工艺中使用的部件,但在直接接触人体组织的常规医疗器械中应用相对较少。
综上所述,316L 不锈钢凭借其的耐腐蚀性、良好的生物相容性和加工性能,在医疗器械领域应用更为广泛,更适合做医疗器械。不过,具体选择还需根据医疗器械的具体使用环境、性能要求和成本等因素综合考虑。
316L 不锈钢经过离子注入处理后,力学性能会有以下变化:
硬度提高:离子注入会使 316L 不锈钢表面形成新的相或固溶体,导致晶格畸变,阻碍位错运动,从而提高硬度。例如,在钛离子注入 316L 不锈钢的研究中,当钛离子注入剂量达到
1.0×10
18
ions/cm
2
时,纳米硬度从 3.44GPa 增加到 5.21GPa。另外,有研究表明在 316 奥氏体不锈钢管表面离子注入
Al
+
后,显微硬度提高了 43.7%。
耐磨性提升:硬度的提高以及表面结构的改变,使 316L 不锈钢的耐磨性得到改善。注入离子后,表面形成更致密的结构,减少了磨损过程中的粘着和磨粒磨损。如离子注入
Al
+
使 316 奥氏体不锈钢管的磨损机制由粘着磨损转变为氧化磨损,摩擦系数降低了约 50%。
韧性可能降低:一般来说,离子注入引起的晶格畸变和内应力增加,可能会使材料的韧性在一定程度上降低。但如果注入参数控制得当,也可以在提高硬度和耐磨性的同时,尽量减少对韧性的不利影响。例如通过激光熔覆技术添加耐磨陶瓷颗粒增强相改善 316L 不锈钢耐磨性能时,可通过优化工艺降低对韧性的削弱。不过,单纯离子注入对 316L 不锈钢韧性影响的研究相对较少,且结果因注入离子种类、剂量、能量等因素而异。
抗疲劳性能改善:离子注入在材料表面引入压应力,有助于抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提高抗疲劳性能。同时,表面硬度的提高也使得材料在循环载荷下更不易产生塑性变形,进一步增强了抗疲劳能力。但如果离子注入过程中产生过多的缺陷或内应力分布不均匀,可能会对抗疲劳性能产生负面影响。
316L不锈钢的应用领域
化工领域:用于制造化工反应釜、管道、储存容器等,能抵御各种腐蚀性化学物质的侵蚀。
食品与饮料行业:如食品加工设备、饮料罐装线、储存罐等,满足卫生和耐腐蚀要求。
医疗领域:可制造医疗器械,如手术刀、缝合针、植入物等,具有良好的生物相容性和耐腐蚀性。
海洋工程:适用于船舶部件、海水淡化设备、海洋石油平台等,能抵抗海水腐蚀。
建筑装饰:常用于建筑的外立面、栏杆、扶手等,尤其是沿海地区或高腐蚀环境的建筑。