骨科手术器械,又称骨科手术工具。骨科手术器械的金属部件绝大部分都采用不锈钢。
骨科手术器械常用的不锈钢可分为奥氏体不锈钢,马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
不锈钢的牌号虽然很多,但是最常用的牌号却不多。用以下介绍的方法可以很快了解最常用的不锈钢知识。
1.17-4是最常用的不锈钢牌号,占到器械不锈钢使用量的95%。记住它,就记住了手术工具里不锈钢的95%。它的中国学名是05Cr17Ni4Cu4Nb。读作“05铬17镍4铜4铌”。其中“铬”在口语里读“luo",但用拼音输入时要使用"ge"才能找到。作为骨科研发工程师,应该记住这个学名。其他骨科同仁记不住学名,记住17-4就可以了。17-4的含义是含铬17%,含镍4%。17-4是全球通用名,和老外交流直接说17-4他们能懂,当然要用外文说。
2.17-4被用在95%的情况下,是基于其优良的性能。17-4是沉淀硬化不锈钢,其热处理规范是采用固溶处理。热处理之后的硬度在HRC=40~44之间。这个硬度的钢用于切割皮质骨是足够了,所以大多数切割工具,如髓腔锉,钻头等都使用它。17-4的硬度足够做切割工具,又不是非常非常硬,同时它在热处理过程中的变形很小,故可以在热处理之前机加工,也可以在热处理之后机加工。
3.17-4是沉淀硬化不锈钢。虽然也有其它沉淀硬化不锈钢,但很少被使用。所以当人们说沉淀硬化不锈钢时,一般就是指17-4。
4.现在你已经了解了95%的不锈钢材料,我们再来介绍其它5%。在特殊情况下,如果17-4的硬度/刚度不能满足要求时,就需要使用马氏体不锈钢。骨科工具里需要用到很多钻头。当钻头的直径大于5mm,同时长度又不是很长时,前面已经说过的17-4就可以胜任。但当钻头要求又细又长时,例如骨科常用的3.2mm的钻头,17-4的硬度/刚度有时就不足够,经常在使用时弯曲变形。这时马氏体不锈钢9Cr18MoV就是很好的替代材料。此外,骨科工具里的髋臼锉,由于其制造工艺复杂,制造成本较高,希望这个工具的使用寿命尽量长。这时也会考虑使用马氏体不锈钢,如20Cr13等。
5.马氏体不锈钢是通过淬火工艺,使组织发生相变,来使其变硬。例如加热到度以上,在油里冷却即可获得马氏体。通常情况下,马氏体不锈钢回火后的硬度一般在HRC50~60之间。我们日常生活中使用的菜刀,都是用马氏体不锈钢制造的。马氏体不锈钢的最大优点就是硬度高。缺点是淬火时由于内部相变使其产生内应力,淬火后的工件有可能变形或者产生裂纹。同时其耐腐蚀性能也较差。长期不用的刀有锈斑就是例证。这里说耐腐蚀性能较差是与其它种类的不锈钢比较而言,它再差也比普通碳钢的耐腐蚀性能好很多。此外,硬度越高,韧性越差,脆性越大,刃口容易崩断,也是其缺点之一。所以设计器械时,要根据使用功能来平衡硬度和韧性等特性,并不是越硬越好。
6.当你把骨科工具设计好后,要把它们放在器械箱里。器械箱一般选用较轻的铝合金或者不锈钢。这时就要用到奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢是生活中使用最多的不锈钢。厨房里除刀具外的其它金属器皿都是奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢的特点是耐腐蚀性能好。被选入植入物用的不锈钢都是奥氏体不锈钢。
7.由于奥氏体不锈钢中的镍含量大于或者等于6%,故其没有磁性。奥氏体不锈钢在加热冷却过程中没有相变,故其不可以用淬火的方式使其变硬。只可以通过冷变形的方法增加其硬度。例如,奥氏体不锈钢经常用于制造弹簧。其制造方法就是在室温下,将不锈钢丝缠绕,使其产生变形,增加其刚度。
8.中国使用化学元素符号加元素比例的方法给不锈钢命名。例如前面说过的17-4,学名是05Cr17Ni4Cu4Nb,其主要化学成分一目了然。缺点是好认不好记,也就是写出来知道是什么,要让人记住不容易。美国使用比较简单的方法给不锈钢命名。例如马氏体不锈钢的牌号都是4XX的形式,如B。奥氏体不锈钢的牌号都是3XX的形式,如。有没有例外呢?当然有,不过在工作中遇到的几率很小,就当作不存在好了。很多人有过这样的经历,路过超市厨房用品店时,店员会推荐说,他们的蒸锅是用不锈钢做的。给人的直观印象就是肯定是高大上的材料。其实它就是奥氏体不锈钢,耐腐蚀性能很好,没有磁性。估计店员也没有把奥氏体不锈钢与无磁性联系起来,要不然准备一个小磁铁,可以让顾客随时试。
9.在结束这个介绍之前,我再总结一下,记住常用不锈钢的方法是1+2。1就是那个万能的17-4。2就是马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。看到中国牌号里的镍Ni大于等于6%时,或者美国牌号是3XX形式时,就是奥氏体不锈钢,它们是无磁性的。除此之外你都可以认为它们是马氏体不锈钢。是不是很简单?下面给大家出几个题巩固一下:1)17-4有无磁性?为什么?2)是什么种类的不锈钢?3)06Cr19Ni10是什么种类的不锈钢?4)20Cr13是什么种类的不锈钢?
10.作为骨科工具用不锈钢的普及性知识就介绍到这里。更加专业的介绍请