钴铬合金

钴铬合金是一种金属合金的钴和铬。钴铬合金具有非常高的比强度，常用于燃气轮机、牙科植入物和矫形植入物。

Co-Cr合金是由ElwoodHaynes在1900年代初期通过融合钴和铬首次发现的。该合金最初被发现时含有许多其他元素，例如钨和钼。海恩斯报告说，他的合金能够抵抗氧化和腐蚀性烟雾，即使将合金置于沸腾的硝酸中，也没有明显的变色迹象。Co-Cr合金以司太立(Stellite)为名，已用于需要高耐磨性的各个领域，包括航空航天工业、餐具、轴承、刀片等。

随着钴铬合金在生物医学方面的应用被发现，它开始受到更多的关注。20世纪，该合金首先用于医疗工具制造，1960年首次植入Co-Cr人工心脏瓣膜，历时30多年，显示出其高耐磨性。最近，由于优异的抗性、生物相容性、高熔点和令人难以置信的高温强度，Co-Cr合金被用于制造许多人工关节，包括髋关节和膝关节、牙科部分桥接工作、燃气轮机、和许多其他人。

常见的钴铬合金生产需要从氧化钴和氧化铬矿石中提取钴和铬。两种矿石都需要经过还原过程才能获得纯金属。铬通常采用铝热还原技术，根据具体矿石的特性，可以通过多种不同的方式获得纯钴。然后通过电弧或感应熔化在真空下将纯金属熔合在一起。由于金属在高温下的化学反应性，该工艺需要真空条件或惰性气氛以防止金属吸收氧气。ASTMF75是一种Co-Cr-Mo合金，它是在惰性氩气气氛中通过小喷嘴喷射熔融金属而制成的，该喷嘴立即冷却以产生合金的细粉。

然而，通过上述方法合成Co-Cr合金非常昂贵且困难。最近，在2010年，剑桥大学的科学家们通过一种称为FFC剑桥工艺的新型电化学固态还原技术生产了这种合金，该技术涉及在熔融氯化物电解质中还原氧化物前体阴极。

Co-Cr合金由于自发形成主要由Cr2O3和少量钴和其他金属氧化物组成的保护性钝化膜而显示出高耐腐蚀性。正如其在生物医学行业的广泛应用所表明的，Co-Cr合金以其生物相容性而闻名。生物相容性还取决于薄膜以及这种氧化表面如何与生理环境相互作用。良好的机械性能，类似于不锈钢是多相结构和碳化物析出的结果，极大地提高了Co-Cr合金的硬度。Co-Cr合金的硬度变化范围为550-800MPa，抗拉强度变化范围为145-270MPa。此外，当它们经过热处理时，拉伸强度和疲劳强度会急剧增加。然而，钴铬合金往往具有低延展性，这会导致部件断裂。这是一个问题，因为合金通常用于髋关节置换术。为了克服低延展性，镍、碳和/或氮添加。这些元素稳定了γ相，与Co-Cr合金的其他相相比，γ相具有更好的机械性能。

由于高耐磨性和生物相容性，钴铬合金最常用于制造人工关节，包括膝关节和髋关节。Co-Cr合金往往具有耐腐蚀性，可减少植入时与周围组织的并发症，并且具有化学惰性，可xxx限度地减少刺激、过敏反应和免疫反应的可能性。Co-Cr合金也被广泛用于制造支架和其他外科植入物，因为Co-Cr合金与血液和软组织也表现出优异的生物相容性。行业标准ASTM中描述了用于骨科植入物的合金成分-F75：以钴为主，含铬27～30%，钼5～7%，其他重要元素上限如锰、硅各小于1%，铁小于0.75%，镍小于0.5%，以及极少量的碳、氮、钨、磷、硫、硼等。

除了钴铬钼(CoCrMo)，钴镍铬钼(CoNiCrMo)也用于植入物。CoNiCr合金释放的Ni离子可能产生的毒性以及它们有限的摩擦性能是使用这些合金作为铰接部件时需要关注的问题。因此，CoCrMo通常是全关节置换术的主要合金。

与金合金相比，Co-Cr合金假牙和铸造局部假牙自1929年以来已普遍生产，因为成本更低，密度更低；然而，Co-Cr合金往往表现出更高的弹性模量和循环疲劳抗力，这是假牙的重要因素。该合金通常用作牙齿局部的金属框架。为此，一个著名的品牌是Vitallium。

由于具有高耐腐蚀性和耐磨性等机械特性，Co-Cr合金（例如司太立）用于制造风力涡轮机、发动机部件和许多其他需要高耐磨性的工业/机械部件。

Co-Cr合金在时尚界也非常常用来制作珠宝，尤其是结婚戒指。