Тезисы лекции. Потребительные свойства металлических изделий медицинского назначения определяются

Потребительные свойства металлических изделий медицинского назначения определяются химическим составом материалов, из которых они изготовлены. Поэтому чаще всего металлические материалы классифицируют по химическому составу

Классификация всех металлических материалов по химическо-му составу основных элементов подразумевает их деление на черные и цветные. Такое деление условно и удобно для краткого наименования отрасли промышленности (черная металлургия, цветная металлургия) или классов в классификаторе ОКП.

Знание состава материала, из которого изготовлено изделие, позволяет предположить его основные свойства и даже стоимость. Например, изделия из черных металлов обладают твердостью, прочностью и термостойкостью; в то время как изделия из цветных металлов легче, пластичнее и, в ряде случаев, стойки к воздействию влаги и кислорода воздуха.

Кроме того, материалы классифицируют помимо химического состава по таким показателям, как — технология производства, содержание примесей, назначение и т.п. На рис. 17.2 приведена классификация сталей по этим признакам.

Разберем более подробно состав, потребительные свойства и назначения тех металлов и сплавов, которые чаще всего используются для изготовления изделий медицинского назначения.

Черные металлы и сплавы.

Потребительные свойства и применение в медицине

Металлы — (от греч. metallon — шахта, копи) простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными металлическими свойствами — высокими электрической проводимостью и теплопроводностью, блеском и пластичностью.

К металлам, как правило, относят как собственно металлы, так и их сплавы.

Сплавы — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов), с характерными металлическими свойствами.

Основным сырьем для получения металлов и их сплавов является руда.

Руда — природное минеральное сырье с таким содержанием металлов и полезных минералов, которое обеспечивает экономи-ческую целесообразность их извлечения.

Кроме того, при производстве металлов и сплавов используют флюсы (для удаления пустой породы и различных вредных примесей) и топливо (для обеспечения необходимой температуры плавления и восстановления железа из его оксидов).

Называют сплавы исходя из названия химического элемента, входящего в них в наибольшем количестве (пример: сплавы желе-за, сплавы алюминия и т.п.). Элементы, вводимые в сплавы для улучшения их свойств, называются легирующими, а сам процесс — легированием.

Группу черных металлов представляют железо или железоугле-родистые сплавы (сплав железа с углеродом в различных соотно-шениях), которые в зависимости от содержания углерода носят названия — чугуны и стали (см. рис. 17.3). В ОКП эти товары представлены в 08 0000 5 классе Чугун, ферросплавы, лигатуры и стали, а прокат из них в 090000 7 классе Прокат черных металлов.

Потребительные свойства железоуглеродистых сплавов суще-ственно изменяются в зависимости от содержания в них углерода и легирующих добавок. Например, с увеличением содержания угле-рода повышается твердость и снижается пластичность (см. рис. 17.4). Это происходит потому, что с ростом содержания углерода образуется больше цементита (Fe3C, Fe2C) и меньше феррита (твердый раствор углерода в низкотемпературной модификации a-Fe).

Модуль 6. Факторы, формирующие потребительные свойства... -v- 263

17.2.1. Чугуны

Чугуны — общее название группы сплавов на основе железа, содержащих более 2% углерода, а также кремний (0,3—5%), марганец (до 1%) и вредные примеси — серу (до 0,12%), фосфор (до 0,2%). Иногда чугун содержит легирующие добавки (Al, Cr, Ni и др.).

Этот сплав был известен еще до нашей эры и являлся наиболее распространенным литейным сплавом с XIII—XIV вв. Сейчас чугун используют как для изготовления чугунных отливок (литейный чугун), так и в качестве сырья для изготовления стали (передельный чугун).

Потребительные свойства литейного чугуна в значительной степени зависят от состояния углерода в металлической матрице. В зависимости от этого чугуны подразделяют на белый, половинчатый и серый.

Белым называют чугун, в котором при комнатной температуре весь углерод находится в связанном состоянии, в основном в виде карбидов железа — цементита. При быстром охлаждении образуется сплав Fe-C. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. Цементит обладает хрупкостью и высокой твердостью (НВ = 170— 220), поэтому белый чугун используют в основном для производства твердой и износостойкой стали.

Серым называют чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в виде графита (модификация углерода, кристаллизующаяся в гексагональной слоистой структуре), а в связанном состоянии (в форме цементита) содержится не более 0,8% углерода. Из-за большого количества графита, входящего в состав такого чугуна, его излом имеет серый цвет.

В половинчатом чугуне часть углерода находится в форме графита, но при этом не менее 2% углерода присутствует в форме цементита.

Марка чугуна состоит из букв и цифр, например:

СЧ 12-28,

где СЧ — серый чугун; 12 — предел прочности при растяжении вкг/мм2 (в данном случае 12 кг/мм2); 28 — предел прочности при изгибе в кг/мм2 (в данном случае 28 кг/мм2).

Чугун самый дешевый металлический материал. Он обладает хорошими литейными и антифрикционными свойствами, износос-тойкостью, способностью гасить вибрацию, а легированный — также жаростойкостью и коррозионной стойкостью. По прочности некоторые марки чугуна конкурируют со многими качественными конструкционными сталями, однако заметно уступают им в пластичности и устойчивости к резким ударным нагрузкам (хрупкие). Поскольку чугун отличается высокими литейными свойствами, но низкой пластичностью, изделия из него получают методом литья с последующей обработкой резаньем и их не подвергают обработке давлением. Около 80—90% чугуна идет на переработку в сталь, а остальной чугун используется для изготовления литых изделий и деталей.

Применяют в медицине чугун с содержанием углерода 2,6—2,9% марок СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36 и СЧ 28-40 для изготовления массивных оснований к медицинскому оборудованию (операционных и перевязочных столов, зубоврачебных кресел) и крестовин стоек различных приборов.

17.2.2. Стали

Стали — общее название группы сплавов на основе железа, со-держащих до 2% углерода, а также Si, Мп и вредные примеси S и Р.

Потребительные свойства сталей определяются их химическим составом, состоянием углерода и железа в металлической матрице, количеством и составом примесей, способом получения, процесса-ми разливки и дальнейшей переработки слитков — формования и последующей прокатки.

Уменьшение содержания углерода и введение различных леги-рующих добавок позволяет получить легированные стали с высо-кой твердостью, износостойкостью и достаточными прочностью, ударной вязкостью, тепло- и коррозионно-стойкостью, по сравне-нию с обычными углеродистыми сталями.

Кроме химического состава, на качество сталей оказывает влия-ние технология ее получения. Например, наименьшее число при-месей содержится в электролитической стали, т.е. полученной выплавкой в электрических печах.

От условий плавки, розлива и последующей переработки слит-ков зависят как механические свойства сталей, так и их устойчи-вость к коррозии. Например, мартенситные стали (пересыщенный твердый раствор углерода в a-Fe) обладают высокой прочностью и достаточной коррозионно-стойкостью, аустенитные (твердый ра-створ углерода в высокотемпературной модификации y-Fe) — вы-сокой ударной вязкостью, а ферритные (твердый раствор углерода в низкотемпературной модификации a-Fe) — низкой твердостью и относительно низкой прочностью.

Названия, состав и назначение основных видов сталей, используемых для изделий медицинского назначения приведены в ГОСТ 30208- 94 (ИСО 7153-1-88)/ГОСТ Р 50328.1-92 (ИСО 7153-1-88) Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1. Нержавеющие стали.

По химическому составу, стали, в зависимости от содержания углерода и легирующих добавок принято классифицировать на уг-леродистые и легированные (см. рис. 17.3).

Исходя из содержания примесей, различают стали обыкновенного качества (рядовые), качественные, высококачественные и особо высококачественные.

Остановимся более подробно на тех видах и марках сталей, которые предназначены для изготовления медицинских изделий.

Углеродистые стали — содержат обычно до 1,3% углерода, до 0,35% кремния, до 0,6% марганца, а также вредные примеси — серу (до 0,06%) и фосфор (до 0,07%). Их потребительные свойства определяются количеством углерода и присутствием в них примесей, которые взаимодействуют и с углеродом, и с железом.

Провизорам, главным и старшим медицинским сестрам необходимо уметь определять состав стали по ее марке, поскольку состав материала, из которого изготовлено изделие, влияет также на выбор метода дезинфекции и стерилизации.

Углеродистые стали обыкновенного качества выпускаются различных марок (см. ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки). Их маркируют буквой и цифрой, например:

У7, У8, У13,

где У — углеродистая сталь; 7,8...13 — содержание углерода в десятых долях процента, т.е. 0,7, 0,8, 1,3%.

Высококачественные углеродистые стали с содержанием примесей фосфора и серы не более 0,035% каждого используют для изготовления медицинской техники. Их маркируют, добавляя в название букву А — У7А, У8А,..., У12А. Буква А означает, что в этих сталях минимальное количество примесей, которые, попадая в сталь из исходного сырья (чугуна), вызывают: сера — красноломкость

1,10-1,25 Высокая твердость Режущие инструменты с тонкими лезвиямиСостав, свойства и область применения высококачественных углеродистых сталей приведены в табл. 17.2.

Как видно из табл. 17.2 из стали марки У7А изготавливают пружинящие, главным образом, зажимные и ранорасширяющие инструменты (зажимы, пинцеты, корнцанги, ранорасширители и др.). Стали марок У8А-У10А идут на производство пилящих и колющих, а также режущих и долбящих инструментов, которые наряду с повышенной твердостью должны иметь достаточную ударную вязкость во избежание выкрашивания и образования зазубрин на рабочей поверхности при высоких ударных нагрузках. Чаще всего из этих сталей изготавливают троакары, пилы, фрезы, ножи, щипцы-кусачки костные, долота, пилы, ножницы, распаторы и др. Из сталей марок У11А и У12А изготавливают режущие инструменты с тонкими лезвиями (ножи глазные, скальпель ушной и др.).

Потребительные свойства углеродистых сталей определяются их составом. Достоинством углеродистых сталей является то, что они отличаются высокими технологическими показателями в процессе переработки, поскольку' невысокая твердость позволяет обрабатывать изделия из них резанием, а пластичность — получать проволоку и ленту высокой прочности. Кроме того, они не содержат дорогостоящих и дефицитных легирующих элементов и поэтому стоят недорого. Вместе с тем углеродистые стали имеют существенные

недостатки. Прежде всего, это ржавеющие материалы, легко поддающиеся коррозии в атмосфере и агрессивных средах. Они имеют недостаточно высокую прочность, низкую вязкость и теплостойкость, хрупкость и плохо прокаливаются, что ограничивает их применение для изготовления режущих инструментов. Поэтому, их чаще всего применяют для режущих инструментов, толщина рабочей части которых не превышает 10—12 мм. При резком охлаждении в процессе закалки изделий из таких сталей усиливается деформация, что приводит к образованию трещин. Низкая теплостойкость может приводить к недопустимо большому снижению твердости после переточки инструментов.

Легированные стали — содержат углерода до 1,5—2,0%, а также различное количество специальных легирующих химических элементов: Со, Сг, Ni, V, W, Al, Mn, Si, Мо и др. Поэтому такие стали чаще всего, классифицируют, исходя из названия легирующих элементов: стали хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибде- новые и т.д.

Марка стали обозначается сочетанием букв и цифр. Для конст-рукционных марок стали первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Легирующие элементы в марке стали обозначают следующими буквами: хром — X, никель — Н, молибден — М, вольфрам — В, кобальт — К, титан — Т, азот — А, марганец — Г, медь — Д, ванадий — Ф, кремний — С, фосфор — П, алюминий — Ю, бор — Р, ниобий — Б, цирконий — Ц. Содержание легирующих элементов, если оно превышает 1,5%, ставят после соответствующей буквы в целых единицах.

Например, сталь марки 18ХГТ содержит 0,18% С; 1% Сг; 1% Мп и около 1% Ti; марки 12НХЗ—0,12% С; 1% Сг; 3% Ni.

В зависимости от числа легирующих элементов стали классифицируют на трехкомпонентные (содержат кроме железа и углерода один какой-либо легирующий элемент), четырехкомпонентные и т.д.

По степени легирования, т.е. по содержанию легирующих эле-ментов, стали условно подразделяют на низколегированные (содер-жат в общем 1—5% легирующих элементов), среднелегированные (до 10%) и высоколегированные или нержавеющие (более 10%).

Потребительные свойства легированных сталей определяются не только числом легирующих компонентов и степенью легирования, но и рациональной термической обработкой. При этом изменяются механические и физико-химические свойства изделий из них. Как правило, легирующие элементы существенно повышают сто-имость стали, а некоторые из них, к тому же, являются дефицит-ными металлами, а поэтому добавление их в сталь должно быть строго обосновано.

Как видно из рис. 17.2, по назначению легированные стали подразделяют на четыре основные группы: общего назначения, конструкционные, инструментальные и с особыми свойствами. В медицине чаще всего используют последние три (см. рис. 17.5).

Конструкционные стали применяются для изделий, не испытывающих больших нагрузок.

Инструментальные стали предназначены для изготовления режущих и измерительных медицинских инструментов.

Стали с особыми свойствами предназначаются для изготовления медицинских изделий обладающих высокой коррозионно- и износостойкостью, а также для деталей электротехнического назначения. К их числу относятся нержавеющие стали, которые наиболее широко применяются для изделий медицинского назначения.

Нержавеющие (коррозионностойкие) стали — это стали, стойкие против атмосферной коррозии. В них Сг — основной легирующий элемент, который обеспечивает при содержании более 12,5% высокую стойкость к агрессивным средам, за счет образования на поверхности изделия защитной плотной пассивной пленки оксида хрома (Сг203).

Нержавеющие хромистые стали содержат Сг в пределах 11,5—30%.

В табл. 17.3 приведен химический состав основных марок не-ржавеющих хромистых сталей (по ГОСТ 5632-72), применяющихся для изготовления медицинских изделий (инструментов) большинства видов.

Потребительные свойства хромистых сталей определяются содержанием в них хрома. В целом, они имеют хорошие технологи-

Таблица 17.3. Химический состав основных марок нержавеющей хромистой стали (см. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррози-онно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки)

Марка стали Химический состав, %

С Сг

20X13 0,160—0,250 12—14

30X13 0,260—0,350 12—14

40X13 0,360—0,045 12—14

95X18 0,900—1,000 17—19

ческие качества и коррозионную стойкость, что позволяет органи-зовать экономичное и эффективное производство массовых меди-цинских инструментов. Износостойкость таких сталей при прочих равных условиях возрастает с увеличением содержания углерода. В качестве износостойких сталей для изготовления режущих инструментов используют стали с содержанием углерода более 0,35%. Однако при этом надо иметь в виду, что с увеличением количества углерода более 0,70% в структуре стали появляются крупные избыточные хромосодержащие карбиды и карбидная неоднородность, которые, с одной стороны, затрудняют обработку и мешают формировать тонкую режущую кромку, а с другой, уменьшая содержание хрома и углерода в твердом растворе, — снижают коррозионную стойкость. При товароведческом анализе медицинских инструментов практическим критерием коррозионной стойкости медицинских инструментов, изготовленных из этих сталей, является максимальное значение твердости, что свидетельствует об оптимальном количестве растворенных в матрице карбидов.

Нержавеющие хромоникелевые стали в качестве основного элемента, повышающего потенциал железа, содержат хром. Его содержание должно быть обычно в пределах 13—30%. Никель (7—20%) только дополнительно повышает технологические свойства и коррозионную стойкость этих сталей.

В табл. 17.4. приведен химический состав основных марок не-ржавеющих хромоникелевых и других сталей.

Из многочисленных марок легированных инструментальных сталей в медико-инструментальной промышленности нашли применение: сталь марки 12Х18Н9Т (0,12% углерода, 18% хрома, 9% никеля и 1% титана) для изготовления стерилизаторов, инъекционных игл, зубных коронок, сталь ХВ5 (1,25—1,45% углерода; 4,0—5,0% вольфрама; 0,40—0,70% хрома; 0,15—0,30% ванадия) для зубныхборов и др. Как и углеродистые инструментальные стали, сталь ХВ5 имеет весьма низкую коррозионную стойкость, теплостойкость и прокаливаемость, склонна к образованию трещин и хрупкому разрушению. Кроме того, из-за большого содержания вольфрама эта сталь дорога и дефицитна.

Нестандартные стали обозначают различным образом. В старой нормативной документации можно встретить обозначение буквами ЭИ и ЭП и номером. Такая маркировка показывает, что сталь выплавлена на заводе «Электросталь» (буква Э), сталь исследовательская (буква И) или пробная (буква П).

Потребительные свойства нержавеющих хромоникелевых сталей определяются введением в их состав никеля, что обуславливает более высокую коррозионную стойкость. Они сохраняют прочность до более высоких температур, менее склонны к росту зерна при нагреве и, в то же время, не теряют пластичности при низких температурах. Кроме того, нержавеющие хромоникелевые стали обладают лучшими технологическими свойствами по сравнению с хромистыми нержавеющими сталями, в частности, лучше свариваются. Они, как и хромистые, коррозионностойки в окислительных средах.

Прокат из хромоникелевых сталей изготавливается практически любой формы и размера. Вместе с тем хромоникелевые коррозион-ностойкие стали относительно дороги и дефицитны.

Поскольку до сих пор в ЛПУ и учебных учреждениях находятся медицинские инструменты, изготовленные до принятия новых стандартов и ГОСТ 30208-94 (ИСО 7153-1-88)/ ГОСТ Р 50328.1-92 (ИСО 7153-1-88) Инструменты хирургические. Металлические материалы. Часть 1. Нержавеющие стали, то ниже приведены назначения как наиболее часто применявшиеся в 1970—1990 гг. марки нержавеющих сталей (табл. 17.5), так и рекомендуемые новым международным стандартом (табл. 17.6).Дополнительное легирование хромоникелевых сталей молибденом и медью повышает их коррозионную стойкость и кислотостой- кость.

Качество углеродистых и легированных сталей в зависимости от марки значительно отличается, поэтому их принято классифицировать и по этому показателю:

• стали обыкновенного качества содержат углерода до 0,6% и вредные примеси S (до 0,06%) и Р (до 0,07%). Их прочность невысока, поэтому они редко применяются для изготовления ответственных медицинских инструментов;

• к качественным относят углеродистые и легированные стали, в которых колебания в содержании углерода не превышает 0,08%, а содержание вредных примесей равно или менее 0,035%;

• к высококачественным относят, главным образом, легированные стали, в которых содержание углерода не превышает 0,07%, а содержание вредных примесей менее 0,025%;

• к особо высококачественным относят стали, содержащие менее 0,2% углерода. Среди них выделяют следующие разновидности: высокопрочные, жаропрочные, жаростойкие, износостойки, нержавеющие. Особо выделяются среди этого вида сталей нержавеющие, которые наиболее широко применяют для изготовления медицинских инструментов.

Резюмируя сказанное (см. табл. 17.7), следует сделать вывод, что на основе железоуглеродистых материалов получают черные метал-лы и их сплавы с широким диапазоном свойств: от очень хрупких — чугуны, до эластичных — легированные стали.

Латуни — медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк (от 4—50%). При содержании цинка до 32% латуни однофазны, а 32—50% — двухфазны. Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; двухфазные — имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах.

Латуни двойные (содержащие только два химических элемента Си и Zn) маркируют буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди, например маркировка Л62-1 означает, что это Л — латунь, 62 — содержание меди 62%. Если необходимо, содержание цинка определяется вычитанием из 100% содержания меди. Так, в приведенном примере цинка 100—62 = 38%. Эти латуни применяют при изготовлении пластинок для отделения внутренностей, канюлей для прокола желудочков мозга, катетеров, зондов, бужей, держателей для ваты, стерилизаторов и др.

Латуни сложного состава маркируют буквой Л, затем буквой легирующего элемента, а затем числами — содержание меди и легирующего элемента, например маркировка Л062-1 означает, что это Л — латунь, О — олово, 62 — содержание меди 62%, 1 — содержание олова 1%. Если необходимо, содержание цинка определяется вычитанием из 100% содержания меди и олова. Так, в приведенном примере цинка 100—62—1 = 37%.

Свинцовые латуни марки ЛС59-1 (59% меди, 1% свинца и 37% цинка) хорошо обрабатываются резанием и их применяют для де-талей, изготавливаемых горячим прессованием. В частности, из них изготавливают металлические детали шприцов, канюли игл и троакаров.

Потребительные свойства латуней определяются в основном соотношением меди и цинка. Латуни, содержащие более 20% цинка и особенно более 30% цинка, проявляют склонность в деформированных изделиях к растрескиванию при хранении во влажной атмосфере и, особенно, в атмосфере, содержащей следы аммиака (так называемое «сезонное растрескивание»). Сущность такого явления заключается в коррозии по границам зерен.

Латуни обладают низкой коррозионной стойкостью и поэтому для защиты от коррозии на них наносят электрохимические по-крытия, чаще всего никелевые. Поэтому, хотя латуни желтоватого цвета, изделия из них все равно имеют стальной блеск. Только в случае нарушения адгезии покрытия к изделию можно наблюдать появление под ним металла желтоватого цвета. На это очень важно обращать внимание при проведении товароведческого анализа медицинских инструментов, изготовленных из латуни.

Медно-никелевые сплавы выпускают нескольких видов: Мельхиоры, содержащие помимо меди Ni (20—30%) и легирующие элементы Fe, Мп, и др.; нейзильбер, содержащий помимо меди Ni (5—35%), Zn (12—46%) и др. Из нейзильбера изготавливают трахеотомические трубки, канюли, глазные ложки, зонды и др.

Потребительные свойства медно-никелевых сплавов определяются способностью никеля с медью образовывать ряд твердых растворов. Введение никеля повышает помимо коррозионной стойкости, твердость, прочность, модуль упругости и температуру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрическую проводимость и температурный коэффициент электрического сопротивления. Такие сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Бронзы — сплавы меди, где легирующим элементом может быть любой химический элемент, кроме Zn и Ni. Для изделий медицинского назначения чаще всего используют бронзы, содержащие олово (около 19%), алюминий (4-11%), бериллий (около 2%), кремний и др.

Потребительные свойства бронзы определяются составом легирующих добавок. Все бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье в три раза меньше, чем у отливок из других сплавов меди. Некоторые из них имеют достаточно высокую пластичность и хорошо обрабатываются давлением и резанием. Большинство — превосходят чистую медь по антикоррозионным свойствам, и имеет хорошую коррозионную стойкость. Их широко используют как антифрикционные сплавы.

Бронзам присваивается марка, где указывается: на первом месте заглавные буквы, обозначающие сплав (Б — бронза), затем заглавные буквы, обозначающие легирующие добавки (О — олово, Мц — марганец и т.д.), а после каждой буквы — цифры, указывающие содержание этих добавок. Содержание меди определяется по разности от 100%.

Различают алюминиевые, оловянистые, кремнистые, бериллиевые бронзы. Первые наиболее дешевые.

В медицине используют алюминиевую бронзу с содержанием А1 9—11% при изготовлении проволоки для сшивания тканей. Этот материал обладает хорошими технологическими и механическими свойствами и не содержит дефицитных элементов.

17.3.2. Алюминий и его сплавы

Алюминий — один из наиболее легких конструкционных металлов; его плотность 2,7 г/см3. Технически чистый алюминий имеет относительно невысокую температуру плавления (657 °С), незначительную прочность, низкую твердость, но очень высокую пластичность.

Алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к воздействию влаги, растворов азотной кислоты и многих других агрессивных сред, что объясняется наличием на его поверхности защитной пленки А1203. Ценными технологическими свойствами алюминия являются легкая деформируемость при обработке и хорошая свариваемость. В результате изделия из алюминия можно получать методами горячей, а также холодной обработки давлением и сваривать всеми видами сварки. Основной недостаток алюминия — низкая стойкость в щелочных растворах, поэтому изделия из него нельзя стерилизовать в растворах, содержащих гидрокарбонат натрия.

Дуралюмины — это сплавы алюминия с медью (2,2—4,8%), магнием (0,4—2,4%) и марганцем (0,4—0,8%). Эти сплавы являются широко распространенными, термически стойкими. Марки этих сплавов обозначают буквой Д и цифрами, которые являются условными номерами сплавов, например Д1, Д6, Д16 и т.д. Дуралюмин повышенного качества (с низким содержанием примесей и узкими пределами содержания легирующих элементов) обозначают буквой А, например Д16А.

Сплавы типа дуралюмин имеют невысокую коррозионную стой-кость. Основным способом защиты листов дуралюмина от коррозии является плакирование, которое заключается в том, что на обе поверхности листа из дуралюмина наносят тонкий защитный слой из чистого алюминия, имеющего высокую коррозионную стойкость. Толщина этого слоя составляет 3—5% от толщины листа. Кроме того, можно применять никелирование и хромирование.

Наиболее распространены литейные сплавы алюминия с крем-нием, называемые силуминами. Кремний имеет плотность 2,4, поэтому его добавка не увеличивает массы алюминиевых сплавов. Из силуминов изготавливают детали сложной формы и небольшой массы.

Модуль 6. Факторы, формирующие потребительные свойства... -О- 277

17.3.3. Титан и его сплавы

Титан имеет низкую плотность и сочетает высокую прочность с хорошей пластичностью и жаропрочностью. Кроме того, он обладает высокой коррозионной стойкостью, поскольку, как и алю-миний, с поверхности быстро покрывается плотной оксидной плен-кой.

Эффективному использованию титановых сплавов для изготовления большинства медицинских инструментов препятствуют их невысокая твердость, низкая износостойкость, недостаточная устойчивость в средах, содержащих пероксид водорода, низкие упругие свойства и релаксационная стойкость, а также пониженное сопротивление малоцикловой усталости, относительно низкие (по сравнению с мартеновскими сталями) пределы прочности и текучести, значительный разброс механических характеристик в сплавах одного и того же химического состава в зависимости от режимов деформации и термической обработки, тенденция к образованию окалины, газонасыщению.

Как правило, наличие газонасыщенного (альфированного) слоя на поверхности медицинских инструментов не допускается, так как его твердость и хрупкость могут обусловить разрушение инструмента, особенно на тонких рабочих частях, при воздействии циклических нагрузок. Газонасыщенный слой приводит к деформации изделия при термообработке, ухудшает его внешний вид, снижает качество поверхности. Удаление окалины и альфированного слоя травлением может вызвать вынос основного металла на поверхность изделия и «наводорожива- ние». При этом с экологической точки зрения следует иметь в виду, что после травления требуется специальная нейтрализация сточных вод.

В результате легирования титановых сплавов можно получить нужный комплекс свойств. Хотя почти все элементы могут взаимодействовать с титаном, чаще всего титановые сплавы легируют алюминием. Алюминий увеличивает прочность и жаропрочность титановых сплавос. При его наличии в сплавах несколько уменьшается вредное влияние водорода. Кроме того, он увеличивает их термическую стабильность.

Одновременное введение нескольких легирующих элементов позволяет получать еще более высокие механические свойства. Для повышения износостойкости титановых сплавов их подвергают цементации или азотированию.

Сплавы титана дефицитны и дороги. Все это обусловило некото-рую специфику в использовании титановых сплавов в производстве

медицинских инструментов. Наиболее целесообразно применять эти сплавы для изготовления хирургических имплантантов, микроинструментов, инструментов для ультразвуковой диагностики.

В настоящее время изготавливают инструменты из легированных титановых сплавов, содержащих 6% А1 и 4% V, для продолжительных Для получения готовой продукции металлы подвергают целому ряду заводских операций, которые придают изделию необходимые функциональные свойства и качество.

Металлы поставляются металлургической промышленностью заводам, изготовляющим медицинские инструменты и аппараты, в виде полуфабрикатов. Хрупкие металлы — чугуны и бронзы в виде чушек, а остальные в виде прутков различного профиля (круглых, прямоугольных), листов различной толщины и болванок. В результате производственного процесса эти материалы превращаются в готовую продукцию. Основные стадии технологического процесса изготовления медицинских изделий из металлов и их сплавов представлены на рис. 18.1.

Рис. 18.1. Основные стадии технологического процесса изготовления ме-дицинских изделий из металлов и их сплавов

Как было сказано ранее, каждая стадия и операция техноло-гического процесса оказывает влияние на качество готового из-делия, причем дефекты могут быть явные и скрытые. Поэтому очень ответственные металлические изделия или детали, поломка которых может вызвать летальный исход, проверяют совре-менными методами неразрушающего контроля, которые помогают выявить, например, внутренние раковины, плохое сварное соединение, неоднородность состава изделия. Но не все дефекты удается выявить методами неразрушающего контроля. К числу таких дефектов следует отнести остаточные внутренние на-пряжения, которые возникают в процессе формообразования и механической обработки изделия и снимаются на стадии термо-обработки. Несоблюдение режимов термообработки (температу-ры, скорости подъема температуры, продолжительности выдержки при заданной температуре и скорости охлаждения) может привести к возникновению больших внутренних напряжений в изделии и, как следствие, привести к его разрушению в процессе хранения или эксплуатации.

На стадии подготовки сырья дефекты могут быть вызваны отсутствием входного контроля исходного сырья на соответствие государственному стандарту и несоблюдением правил очистки аппаратуры, в которой проводится смешение.

На стадии формообразования дефекты могут быть вызваны изношенностью оборудования, в котором или с помощью которого изделию придают необходимую форму. При этом могут быть изме-нены как размеры изделия, так и его конфигурация.

На стадии механической обработки изделия дефекты могут быть вызваны несоблюдением технологии механической обработки по продолжительности обработки и применяемым инструментам и материалам.

Разберем более подробно каждую из стадий технологического процесса изготовления металлических изделий.

18.1. Формообразование

Формообразование проводят для придания заготовке необходимой формы и размеров будущей детали или инструмента.

Существует несколько способов формообразования: литье, обработка давлением (ковка, штамповка, прессование, волочение, прокатка), обработка резанием.

18.1.1. Литье

Литье — это процесс изготовления металлических деталей путем заливки расплавленного металла или сплава в литейную форму (см. рис. 18.2).

Первые литые изделия получали еще в 3—2 вв. до н.э. сначала из бронзы, позже из чугуна. Значительное развитие литье из чугуна получило примерно с XII—XIV вв. Стальные отливки начали получать в XIX в., литые детали из алюминиевых и магниевых сплавов в середине XX века.

В настоящее время в литейном производстве применяют множество самых различных сплавов.

Некоторые специальные способы литья позволяют получать от-ливки с высокой чистотой поверхности и точностью по размерам, что резко сокращает или исключает совсем их последующую меха-ническую обработку. Кроме традиционных литейных сплавов: чу-гуна, стали, бронзы, литье все шире применяют для изготовления изделий из нержавеющих и жаропрочных сталей, магнитных и других сплавов с особыми физическими свойствами.

Литейная форма — это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка.

Первые формы для литья делали из камня или глины. Примерно с конца XVIII в. литейные формы начали изготавливать из специ-ально приготовленной смеси песка и глины. В настоящее время существует более ста различных способов изготовления литейных форм и получения отливок. Около 80% от всей массы чугунных и стальных отливок получают в песчано-глинистых формах. Этим способом получают как мелкие, так и очень крупные отливки, ли-тые детали простой и сложной формы не только из чугуна и стали, но также из различных цветных сплавов.

В литейном производстве широко применяют специальные способы литья: в форму, центробежное литье, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и др. Такими способами можно получить отливки высокой точности, с минимальными допусками по размерам, с высокой чистотой поверхности. Это сокращает или совсем исключает механическую обработку на металлорежущих станках, дает

экономию металла, особенно важную при использовании дорогос-тоящих и дефицитных сплавов, снижает трудоемкость и стоимость детали. Наряду с этим каждый специальный способ литья имеет свои специфические особенности, ограничивающие область его применения. Так, литье по выплавляемым моделям применимо лишь для относительно небольших изделий, центробежное литье — для получения трубок и других изделий, имеющих форму тел вращения.

Литье в песчаные формы производится в разовые литейные формы. При этом состав формовочных смесей выбирают в зависимости от литейного сплава с учетом его температуры плавления, усадки и других свойств, а также массы, размеров и конфигурации отливки.

Основными компонентами формовочных смесей является кварцевый песок, каолинитовые или бентонитовые глины.

Заливку форм в механизированных цехах осуществляют при помощи конвейеров на специальной площадке. Сплав заливают в формы с помощью ковшей; их конструкция, вместимость и другие особенности зависят от массы отливки и свойств сплавов.

Расплав перед заливкой в формы некоторое время выдерживают в ковше для выделения газов, всплывания шлака и неметаллических включений. Заливку проводят, не прерывая струи; литниковая чаша должна быть полной. При перерывах струи расплав поступает в полость формы отдельными порциями, может охлаждаться и окисляться, тогда в отливках образуются дефекты — спаи. Струя при заливке не должна размывать формовочную смесь, шлак не должен попадать в форму.

Продолжительность охлаждения в форме затвердевшей отливки зависит от ее массы, толщины сечений, вида сплава, теплофизических свойств формовочных материалов и других условий. Она колеблется в очень широких пределах от нескольких минут для небольших тонкостенных литых деталей до нескольких часов или суток для массивных, крупных отливок.

Излишне длительное охлаждение отливок в форме экономически невыгодно. Поэтому иногда охлаждение ускоряют, например обдувкой воздухом. Излишне горячие отливки из форм удалять нельзя. При охлаждении на воздухе в сплавах могут произойти нежелательные структурные превращения. Вследствие разницы температур на поверхности и во внутренней части массивных деталей возникают термические напряжения, которые могут вызвать коробление и трещины в отливке.

После охлаждения до требуемой температуры разовую литейную дозу (форму) разрушают, выбивая из нее отливку. В современных литейных цехах выбивку проводят с помощью механизмов и установок.

С помощью соответствующих транспортеров выбитую формо-вочную смесь направляют к месту переработки, отливки — на об-рубку и очистку.

Обрубку, т.е. удаление литников, прибылей и дефектов, прово-дят на дисковых и ленточных пилах, газовой и электродуговой резкой, пневматическими зубилами и другими способами.

Литье в металлические формы (кокили) получило большое распространение. Этим способом получают более 40% всех отливок из чугуна, стали, бронзы, алюминиевых и др. сплавов. Сущность способа состоит в получении литых деталей путем свободной заливки расплава в металлические формы. После того, как металл остывает, литник обрезают.

Конструкции кокилей чрезвычайно разнообразны, они могут быть неразъемными и разъемными. Неразъемные кокили применя-ют для получения небольших отливок простой конфигурации, которые можно удалять без разъема формы. Литье в металличес-кие формы — один из прогрессивных способов изготовления от-ливок. Кокиль — форма многократного использования; в нем можно получить 300—500 стальных отливок массой 100—150 кг, около 5000 чугунных мелких отливок, несколько десятков тысяч отливок из алюминиевых сплавов.

Механизация и автоматизация обеспечивают высокую произво-дительность при значительном снижении трудоемкости и стоимости отливок. Вследствие быстрого затвердевания получается мелкозернистая структура сплава, что определяет его высокие механические свойства. Отливки получают с высокой точностью по размерам и чистой поверхностью, что уменьшает или совсем исключает их последующую механическую обработку.

Недостатками являются высокая стоимость кокилей, трудоем-кость в изготовлении сложных по конфигурации и тонкостенных отливок, сравнительно невысокая стойкость кокиля при литье из тугоплавких сплавов.

Литье под давлением (см. рис. 18.3) — наиболее производительный способ изготовления относительно небольших отливок из цветных сплавов с высокой точностью по размерам и чистотой поверхности.

Литьем под давлением изготавливают отливки от нескольких граммов до десятков килограммов из алюминиевых и других цен-ных сплавов, реже из тугоплавких сталей. Этот способ позволяет

получать литые детали простой формы и сложные фасонные тон-костенные отливки. Нередко такие детали отправляют на сборку без механической обработки, лишь после зачистки заусенцев.

Машины для литья под давлением, работающие в автоматическом режиме, имеют очень высокую производительность — до 3000 и более отливок в час.

К недостаткам способа относятся ограниченная масса отливае-мых деталей — примерно до 50 кг, высокая стоимость и сложность изготовления пресс-форм, трудность получения отливок со слож-ными полостями. Отливки имеют газо-усадочную пористость, и их нельзя подвергать термической обработке. При получении отливок из тугоплавкой стали пресс-формы имеют небольшую долговеч-ность.

Наиболее экономически выгодным является литье под давлением в массовом производстве сложных фасонных тонкостенных отливок из цветных сплавов, например деталей приборов и аппаратов.

Центробежное литье осуществляют, заливая металл в форму в поле центробежных сил, возникающих при заливке металла во вращающуюся форму или в результате приведения во вращение заполненной формы.

В настоящее время центробежным способом изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка.

Литье по выплавляемым моделям с давних времен применяли для получения литых скульптур, украшений и т.д.

Сущность способа состоит в том, что детали получают заливкой в неразъемные тонкостенные керамические формы, изготовленные с помощью моделей из легкоплавящихся составов.

Этот способ имеет следующие преимущества:

• возможность изготовления практически из любых сплавов отливок сложной конфигурации, тонкостенных, с малой шероховатостью поверхности, высоким коэффициентом точности по массе, минимальными припусками на обработку резанием, резким сокращением отходов металла в стружку;

• возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей в один узел, что упрощает технологию изготовления машин и приборов; 

• уменьшение расхода формовочного материала, снижение мате-риалоемкости производства;

• улучшение условий труда и уменьшение вредности воздействия литейного производства на окружающую среду.

Наряду с преимуществами, способ обладает следующими недостатками:

• процесс изготовления формы многооперационный, трудоемкий и длительный;

• большое число технологических факторов, влияющих на каче-ство и форму отливки;

• сложность управления качеством;

• большая номенклатура материалов, используемых для получе-ния формы;

• сложность манипуляторных операций, изготовления моделей и форм;

• повышенный расход металла на литники.

Метод литья по выплавляемым моделям широко используется при изготовлении отливок массой от десятков граммов до сотен килограммов из черных и цветных металлов. Особенно широко он применяется для деталей из жаропрочных или специальных труд-нообрабатываемых сплавов.

Литьем иногда заканчивается процесс формообразования изде-лия. С него достаточно снять заусенцы, отшлифовать и покрыть лаком или эмалью.

Таким образом изготавливают основания для операционных столов, бормашин. Но чаще всего литье является первым этапом формообразования. Далее литую продукцию обрабатывают методами давления: ковкой, штамповкой, прокаткой и др.

Обработка металлов давлением обычно преследует две основ-ные цели: получение изделий сложной формы из заготовок простой формы и улучшение кристаллической структуры исходного литого металла с повышением его физико-механических свойств.

В нашей стране давлением обрабатывают примерно 90% всей выплавляемой стали, а также большое количество цветных метал-лов и их сплавов.

18.1.2. Ковка

Свободную ковку целесообразно использовать при производстве единичных изделий сложной конфигурации. К преимуществам ков

ки по сравнению с другими способами обработки металлов, следует отнести ее универсальность в отношении массы, формы и размеров заготовок; отсутствие затрат на дорогостоящую технологическую оснастку; возможность использования сравнительно маломощных машин-орудий благодаря концентрированному приложению усилий ковки бойками в небольшом объеме деформируемого металла.

Ковку производят с помощью молотов: паровоздушных, пневматических, пружинно-рессорных, гидравлических, газовых, высокоскоростных. Каждый тип молотов используют для выполнения определенных технологических операций.

При ударе молота по поковке происходит одновременно несколько процессов. Подвижные части замедляют движение, отдавая запасенную ими энергию. Часть ее расходуется на совершение полезной работы, т.е. деформацию поковки. Оставшаяся энергия передается через поковку нижнему бойку и его основанию — шаботу.

18.1.3. Штамповка

Основными методами штамповки являются объемный и листовой. При этом ее осуществляют горячим или холодным способом.

Горячую объемную штамповку (см. рис. 18.4.) осуществляют в специальных инструментах — штампах, рабочие полости (ручьи) которых допускают течение деформируемого металла только в определенном направлении и до определенных пределов.

В результате обеспечивается принудительное получение заданной формы и размеров поковки. Горячую объемную штамповку широко используют в массовом и крупносерийном производстве; в мелкосерийном производстве применяют значительно реже. Горячей объемной штамповкой изготавливают поковки различной формы и размеров из сталей, цветных металлов и сплавов.

Штамповка может быть осуществлена в открытых и закрытых штампах. При штамповке в открытых штампах поковка получается с облоем — некоторым избытком металла в исходной заготовке, вытес

ненным на заключительной фазе процесса штамповки в облойную канавку. Штамповка в закрытых штампах является безоблойной.

Холодной объемной штамповкой называется процесс штамповки в открытых и закрытых штампах без нагрева металла — небольших точных деталей из стали и цветных металлов.

Листовая штамповка — метод изготовления плоских и объемных тонкостенных изделий из листового материала, ленты или полосы с помощью штампов на прессах или без применения прессов — безпрессовая штамповка.

Основные преимущества листовой штамповки:

• возможность изготовления прочных, жестких, тонкостенных деталей простой и сложной формы;

• высокая производительность, экономный расход металла и простота процесса;

• относительная простота механизации и автоматизации процесса обработки.

18.1.4. Прокатка

Прокатка — наиболее распространенный вид обработки метал-лов под давлением. Более 80% выплавляемой стали в нашей стра-не, обрабатывается в прокатных цехах.

При продольной прокатке, заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между валками, вращающимися в различных направлениях. Почти 90% всего проката производится продольной прокаткой, в том числе весь листовой и профильный прокат.

При поперечной и винтовой прокатке заготовка деформируется валками, вращающимися в одну сторону. При винтовой прокатке вследствие расположения валков под углом друг к другу прокатываемый материал кроме вращательного получает еще и поступательное движение. В результате сложения этих движений каждая точка заготовки движется по винтовой линии.

18.1.5. Прессование

При прессовании металл выдавливают из замкнутой плоскости через отверстие, получая пруток или трубу с профилем, соответ-ствующим сечению отверстия инструмента. Исходный материал для прессования — слитки или отдельные заготовки. Существуют два

метода прессования — прямой и обратный. При прямом прессовании

движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходит в одном направлении. При обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей.

18.1.6. Волочение

Волочение — протягивание заготовок через сужающееся отверстие фильеры. Если необходимо внутри трубки сформировать отверстие, то ее надевают на проволоку требуемого диаметра, а затем уже протягивают через отверстие (см. рис. 18.5).

При волочении поперечное сечение заготовки уменьшается, а ее длина соответственно увеличивается.

Волочение осуществляют главным образом в холодном состоянии и редко в горячем. При этом получают профили весьма точных размеров (до 2 класса точности) и формы, как правило, с гладкой блестящей поверхностью. Размеры изделия после обработки давлением несколько больше окончательных размеров готовой продукции. Разность между размерами детали, полученной после обработки давлением, и окончательными размерами изделия составляет припуск на обработку. Таким образом, получают тонкую проволоку диаметром 5—10 мм, трубки для инъекционных игл и т.д.

18.2. Обработка поверхности изделия

На этой стадии производят только механическую обработку по-верхности заготовки для придания изделию заданной формы, раз-меров и необходимого качества.

Производят механическую обработку с помощью ручной опиловки напильником или на металлорежущих станках (токарных, фрезерных, строгальных и др.). Для этого изделие закрепляют на станке и обрабатывают режущим инструментом, снимая стружку резцом (то- 

При этом снимается припуск на обработку, удаляется облой, заусенцы и деталям придаются размеры в соответствии с черте-жами. Чаще всего после механической обработки на поверхности деталей остаются микронеровности, которые не видны невооруженным глазом, но они снижают качество отделки, из

делия быстрее подвергаются коррозии, выходят из строя.

Шлифование — процесс механической обработки заготовок резанием при помощи шлифовального круга — инструмента, имеющего форму тела вращения и состоящего из абразивных зерен и связующего их материала.

При вращении круга наиболее выступающие абразивные зерна, контактируя с заготовкой, снимают с ее поверхности тонкие стружки. Шлифование применяют только для уменьшения шероховатости. После шлифования заготовку подвергают полированию.

Полирование — процесс механической обработки заготовок различными пастами или абразивными зернами, смешанными со смазкой, которые наносятся на быстро вращающиеся эластичные носители — круги или ленты.

Круги изготавливают из войлока, фетра, кожи, капрона и других материалов; ленты — путем закрепления абразивных зерен специ-альными клеями на тканевой, нейлоновой и других основах.

При полировании происходит тонкое резание, пластическое деформирование поверхностного слоя, химические реакции. С помощью этого метода обрабатывают поверхности до зеркального блеска. Однако, заготовки еще не обладают необходимыми механическими и другими качествами, необходимыми при их эксплуатации.

18.3. Термическая обработка

Термическая обработка представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной 

последовательности с целью изменения внутреннего строения сплава, снятия внутренних напряжений и получения нужных свойств изделия. Различают четыре вида термообработки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск.

На рис. 18.7 в качестве примера представлены ре-жимы термообработки изделий из сталей.

Теоретически структурные превращения совершаются в сталях при температуре 727 °С; фактически же необходим перегрев. Меняя температуру нагрева, можно получить различный струк-турный состав сталей, а используя различные режимы Рис. 18.7. Режимы термообработки изде- охлаждения — зафиксиро- лий из сталей, вать при нормальной темпе-.

ратуре ту или иную промежуточную структуру металла.

Отжиг — нагревание металлической заготовки до температуры 780—820 °С, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение в печи.

Отжиг производится с целью получения равновесной мелкозернистой структуры металла и снижения внутренних напряжений в нем. В результате, понижается твердость и улучшается обрабатываемость. Производится для деталей, которые в процессе предшествующей обработки претерпели некоторые структурные изменения или в которых возникли внутренние напряжения.

Нормализация — нагревание выше критической температуры (780—820°С), выдержка при ней и более быстрое охлаждение на воздухе. Сплав приобретает равновесную структуру, становится более твердым, прочным, чем при отжиге. При этом также уменьшаются внутренние напряжения в металле.

Закалка — нагревание сплава или металла выше критической температуры (760—880°С), выдержка при этой температуре и быст

рое охлаждение в воде, масле, жидкой среде со скоростью, при которой образуется неравновесная структура. Закалка значительно повышает твердость металла, но повышает и хрупкость. Закалка производится с целью повышения твердости, механических свойств стали и износостойкости.

Однако в металле остается внутреннее напряжение в результате быстрого охлаждения. Чтобы снять его, производится отпуск.

Отпуск — окончательная стадия термообработки закаленного металла. Производится нагреванием в зависимости от марки металла до температур 150—250°С (низкотемпературный отпуск), 350—400 °С (среднетемпературный отпуск), 450—650 °С (высокотемпературный отпуск), выдержкой при температуре отпуска и последующим охлаждением на воздухе.

Вид термообработки или их сочетание выбирают в зависимости от назначения изделия и требуемых свойств.

Несоблюдение режимов термообработки может привести к са-мопроизвольному разрушению изделия в процессе эксплуатации за счет остаточных внутренних напряжений.

Контроль качества термообработки предусматривает проверку твердости и других механических свойств образца металла. Иногда проверяют и величину внутренних напряжений.

18.4. Вторичная обработка поверхности

Вторичную обработку поверхности проводят путем механической обработки (шлифовка, полировка) или с использованием электрофизических и физико-химических методов.

Применение электрической, химической и других видов энер-гии непосредственно в зоне обработки для разрушения материала заготовки на заданном участке позволяет достичь ряда технологи-ческих преимуществ. Процесс снятия припуска протекает с нич-тожно малыми механическими нагрузками, что повышает точность обработки поверхности. Одинаково успешно обрабатываются заготовки различной прочности, твердости, вязкости. В большинстве случаев поверхности деталей получаются с минимальным дефектным слоем. Появляется возможность обрабатывать труднодоступные и сложные по конфигурации полости.

Электроэрозионная обработка основана на разрушении (эрозии) токопроводящих материалов под действием создаваемых между ними электрических импульсных разрядов. Разряд происходит, когда напряжение между сближенными участками электродов, одним из которых является инструмент, а другим — заготовка, достигает определенного значения, достаточного для пробоя межэлектродного промежутка.

Электрохимическая обработка основана на анодном растворении материала заготовки при электролизе.

Ультразвуковая обработка при использовании колебаний 15— 30 кГц, применяется для обработки различных заготовок для медицинских изделий. Принцип их действия основан на способности кобальта, никеля, их сплавов, других материалов укорачиваться под действием магнитного поля и принимать первоначальные размеры при его снятии.

К лучевым методам обработки относят резание заготовок узконаправленными пучками электронов, света, плазмы. Переход лучевой энергии в тепловую на локальном участке заготовки вызывает расплавление и испарение материала с этого участка.

Матирование поверхности медицинских инструментов проводят при окончательной обработке поверхности изделий из нержавеющей стали и титановых сплавов, а также при промежуточной обработке — перед нанесением гальванических покрытий на поверхность изделий из углеродистых сталей и латуни. Для создания матированной поверхности применяются различные механические способы, химические и электрохимические, одной из разновидностей которых является нанесение специальных гальванических покрытий типа велюр — никель.

Из механических способов матирования поверхностей наибольшее применение в зарубежной и отечественной промышленности нашел процесс жидкостного сатинирования на специальных установках. Металлическую поверхность обрабатывают водной пульпой, содержащей стеклянные шарики диаметром 0,1—0,2 мм. Для матирования латунных и алюминиевых изделий необходимо давление пульпы в 1,53 атм, для остальных — 6 атм при продолжительности работы (обработки) не более 1—2 мин.

Матированная поверхность, обладая высоким классом чистоты, имеет низкий коэффициент отражения света и в отличие от мато-вых лакокрасочных покрытий легко протирается тканью и не ад-сорбирует жировых загрязнений.

Кроме жидкостного матирования разработан также процесс воз-душного сатинирования поверхностей стальным порошком (диа-метром 0,20—0,25 мм), который подается на детали лопатками скоростных роторов. Изменяя скорость вращения роторов, регулируют степень блеска сатинированной поверхности. При этом в результате создания «сферического» микрорельефа получают шелковистые по внешнему виду поверхности высокой декоративности с чуть заметной шероховатостью.

18.5. Соединение деталей

Соединение деталей проводят механическим способом или пу-тем сварки или пайки.

Сварка — процесс получения неразъемного соединения в результате возникновения атомно-молекулярных связей между соединяемыми деталями. При сварке плавятся присадочный и основной металлы.

Сварные соединения можно получить двумя принципиально разными путями — сваркой плавлением и сваркой давлением.

При сварке плавлением атомно-молекулярные связи между деталями создают, оплавляя их примыкающие кромки так, чтобы получилась смачивающая их общая ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет детали в единое целое. Как правило, в жидкую ванну вводят дополнительный (присадочный) металл, чтобы полностью заполнить зазор между деталями, но возможна сварка и без него.

При сварке давлением обязательным является совместная пластическая деформация деталей сжатием зоны соединения. Этим обеспечивается очистка свариваемых поверхностей от пленок загрязнений, изменение их рельефа и образование атомно-молекулярных связей. Пластической деформации обычно предшествует нагрев, так как с ростом температуры уменьшается значение деформации, необходимой для сварки, и повышается пластичность металлов. В некоторых случаях сварка давлением осуществима и без нагрева. Так можно, например, сваривать медь, алюминий. Существуют комбинированные процессы, когда металл доводят до расплавления и обжимают зону сварки (например, при точечной контактной сварке).

Нагрев свариваемых деталей осуществляют разными способами: электрической дугой, газокислородным пламенем, прямым пропусканием тока, лазером и т.д.

Пайка — процесс соединений частей изделия с помощью вве-денного между ними материала — припоя, температура плавления которого ниже, чем у паяемых металлов.

Этот метод чаще всего применяют при соединении изделий медицинского назначения (см. рис. 18.8), поскольку при пайке плавится только припой, а основной материал изделия не доводится

Рис. 18.8. Схемы паяных соединений некоторых медицинских инструментов: а) полой ручки с рабочей частью инструмента (кюретки, ложки, элеватора зубного и др.); б) ручки с рабочей частью распатора; в) ручки с рабочей частью ложки для выскабливания свищей; г) напайка пластин из твердого сплава; д) колец полипной петли к ее основанию; е) рукоятки зонда; ж) уретального бужа; з) гинекологического зеркала; и) наконечника шприца с цилиндром (металлическим или стеклянным).

до расплавления. Паяное соединение образуется при затвердева-нии припоя благодаря физико-химическому взаимодействию меж-ду припоем и основным металлом.

Современные процессы пайки подразделяются по температуре плавления припоя на две группы: пайка низкотемпературными припоями (Тин д0 450°С) И пайка высокотемпературными припоями (Тин выше 450°С). Наиболее распространенными низкотемператур-ными припоями являются оловянно-свинцовые. Они обладают высокими технологическими свойствами, весьма пластичны. Для повышения прочности в оловянно-свинцовые припои вводят сурь-му. При пайке латуни и меди используют припои на основе свинца с серебром, а при пайке изделий из алюминиевых и цинковых сплавов — припои на основе цинка с оловом.

Широкое применение для пайки углеродистых и многих леги-рованных сталей, никеля, никелевых сплавов получили высокотемпературные припои: медь, латунь и ряд других медных сплавов. Медь — самый распространенный припой для пайки в вакууме. Она обладает хорошей жидкотекучестью и легко затекает в капиллярные зазоры.

Припой прочно соединяется с поверхностью изделия только тогда, когда хорошо смачивает ее. Хорошо смачиваются только поверхности, тщательно очищенные от загрязнений. Для удаления пленок оксидов с поверхностей паяемого материала и припоя, и для предотвращения их образования при пайке, используют паяльные флюсы. Флюсы, кроме того, способствуют лучшему затеканию припоя в зазор между соединяемыми деталями. Для низко температурной пайки используют канифольные и галогенидные флюсы. При пайке углеродистых сталей, чугуна и медных сплавов в качестве флюса используют борную кислоту и буру в различных сочетаниях. При пайке легированных сталей в состав флюса вводят дополнительно галогениды: фториды натрия, калия, лития, кальция; фтор- бораты натрия, калия. Флюсы для высокотемпературной пайки алюминиевых, титановых сплавов состоят из различных хлоридов и фторидов.

Разработка новых припоев и методов пайки позволила создавать паяные соединения более прочные и надежные, чем сварные. С помощью пайки можно соединять разнородные металлы, а также металлы со стеклом, керамикой, графитом и другими неметал-лическими материалами, что трудно или невозможно сделать свар-кой. Кроме того, при пайке можно за один прием получить много соединений, что очень удобно при изготовлении сложных узлов медицинской аппаратуры и при массовом производстве инстру-ментов. Все это делает пайку весьма перспективным процессом.

Согласно ГОСТ 19126-79 паяльные и сварные швы инструмен-тов должны быть плотными, не иметь трещин и раковин. Допуска-емые дефекты сварки и пайки должны быть указаны в стандартах и технических условиях на инструменты конкретных видов.

18.6. Промывка и тонкая полировка

После соединения деталей изделия промывают, при необходи-мости зачищают место стыковки и проводят тонкую полировку поверхности.

В стандартах и технических условиях на медицинские товары указываются параметры шероховатости поверхностей (по ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности.Параметры и характеристики) с учетом функционального назначения, конструктивного исполнения, материала и обеспечения коррозионной стойкости.

Модуль 6. Факторы, формирующие потребительные свойства... О- 295

18.7. Получение защитных покрытий

Для большинства металлических изделий медицинского назна-чения, кроме изготовленных из нержавеющих сталей и благород-ных металлов, необходима дополнительная технологическая операция — получение защитного покрытия. Эти покрытия служат барьером, препятствующим диффузии и ограничивающим доступ агрессивной среды к защищаемой поверхности.

Защитные покрытия делятся на металлические, неметалличес-кие и химические.

Металлические покрытия по способу защитного действия делят на катодные и анодные.

Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены.Так, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали — анодными.

В обычных условиях катодные покрытия защищают металл из-делия не только механически, но и электрически. В образовавшемся гальваническом элементе металл покрытия становится анодом и подвергается коррозии, а обнаженные (в порах) участки основного металла играют роль катодов и не разрушаются, пока сохраняется электрический контакт покрытия с защищаемым металлом и через систему проходит достаточный ток.

Металлические защитные покрытия получают электролитичес-ким методом, а также методом погружения в ванну с расплавлен-ным металлом, напылением и др.

6.4.Иллюстративный материал: Государственная фармакопея РК,приказы МЗ РК, презентация, видеофильм.

Литература

Основная литература

4. Васнецова О.А. Медицинское и фармацевтическое товароведение – М.: Изд. Группа «ГЭОТАР –Медиа» 2005-605 с.

Дополнительная литература:

5. Васнецова О.А. Медицинское и фармацевтическое товароведение – Практикум М.: Изд. Группа «ГЭОТАР –Медиа» 2005- 704 с.

6. Умаров С.З. и др. Медицинское и фармацевтическое товароведение: Учебник / - М.: ГЭОТАР-Мед. 2004 – 368 с.

Контрольные вопросы

1. Что означает термин «фармацевтические товары»?

Дата добавления: 2015-10-13