Коррозия медицинских изделий и защита от нее

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коррозия медицинских изделий и защита от нее

медицинский коррозия производство техника

Функциональные свойства медицинских изделий, т.е. их способность выполнять надлежащим образом свои функции в лечебно-диагностическом процессе и служить достаточно долго, в значительной степени определяются свойствами тех материалов, из которых они изготовлены. Используемые для переработки в изделия материалы не только приобретают необходимую форму, но часто и новые свойства, необходимые для нормального функционирования изделия. Поэтому весьма важно знать свойства материалов, возможности изменения этих свойств в нужном направлении и методы, при помощи которых материалы перерабатывают в изделия с заданными свойствами.

Наряду с этим материалы для медицинских изделий должны отвечать некоторым требованиям, обусловленным спецификой их медицинского назначения и применения: 1) быть биологически инертными и нетоксичными по отношению к тканям и средам организма, с которыми они соприкасаются, и не выделять вредных для организма веществ; 2) допускать необходимую обработку в интересах соблюдения правил асептики без изменения своих свойств. и форм; 3) быть коррозионно-стойкими. Эти требования создают дополнительные ограничения в выборе материалов. Так, многие-пластмассы нельзя применять для изготовления шприцев, потому что они деформируются при высокотемпературной стерилизации.

Каждый материал обладает определенными механическими, химическими и технологическими свойствами. Эти свойства определяются ГОСТами на материалы в состоянии поставки.

Основные показатели, характеризующие свойства материала и определяющие его выбор для данного изделия, записывают в стандарты и ТУ на эти изделия. Это относится прежде всего к механическим и химическим свойствам, определяющим надежность работы и долговечность изделия.

К механическим свойствам материала относятся прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность и хрупкость.

Прочность - способность материала сопротивляться воздействию внешних сил не разрушаясь. Для большинства материалов прочность оценивают величиной предела прочности при растяжении:

у_В=Pмм²,

где Р-сила, в килограммах, при которой образец разрушается, кгс; F-площадь поперечного сечения испытуемого стандартного образца материала, мм².

Показатель прочности и относительного удлинения при растяжении широко используют при оценке механических свойств металлов, пластмасс, резины, тканей, нитей и других материалов. Для некоторых материалов, имеющих сравнительно низкую прочность на растяжение, применяют показатель прочности на сжатие, измеряемый аналогичными показателями. Так, прочность пластмасс и стекла на сжатие в 15-20 раз больше, чем на растяжение, и сопоставима с прочностью на растяжение стали.

Твердость - способность материала сопротивляться вдавливанию в них какого-либо тела. Этот показатель имеет особое значение для металлов. Для металлов существуют также наиболее обоснованные методы определения твердости: метод Бриннеля и метод Роквелла. Число твердости определяют по специальным таблицам и обозначают соответственно НВ и HRC. По Бриннелю определяют твердость сырых металлов, по Роквеллу - твердость закаленных изделий.

Мерой твердости по Бриннелю служит величина: НВ= Pмм², а свинец, почти не обладающий упругостью, - всего 0,25 кгсмм², а стали, содержащей 1% углерода, - до 85-90 кгсмм².

Сплав ВТ5-1, содержащий 5% алюминия и 2,5% олова и имеющий у_В до 95 кгсмм², т.е. обладающие прочностью стали, содержащие алюминий, молибден и ванадий, используют для изготовления зажимных инструментов для микрохирургии.

Инструменты из титана и его сплавов не нуждаются в покрытиях, однако блестящую поверхность титановым инструментам придать трудно и они оксидируются, покрываясь тонкой оксидной пленкой, чаще золотисто-зеленого цвета.

Понятие о технологическом процессе

Состояние материала, в котором он поставляется предприятию-изготовителю, называют состоянием поставки. Металл поставляют в виде прутков, полос и профилей различной конфигурации поперечного сечения, листов, лент, проволоки, труб чушек-слитков.

Чтобы получить из материала изделие или его составную часть, необходимо прежде всего осуществить формообразование-придать изделию нужную форму и размеры. Формообразование может быть осуществлено различными методами: литьем, ковкой, штамповкой, прессованием, механической обработкой, экструзией, волочением, прессованием с выдувкой и др. Изделию должны быть приданы затем необходимые свойства, например прочность, что чаще всего достигается термической обработкой; поверхность изделия должна быть хорошо отделана, чтобы придать ему товарный вид. Часто отделку осуществляют после покрытия изделия слоем металла, краски, лака, которые предохраняют основной материал от порчи. Это особенно важно для медицинских изделий, которые в процессе эксплуатации проходят санитарную обработку, предстерилизационную очистку и стерилизацию, т.е. подвергаются действию агрессивных сред.

Если изделие состоит из нескольких или многих деталей, оно проходит процесс сборки: все детали изделия соединяют между собой.

Таким образом, процесс изготовления изделия, называемый технологическим процессом, состоит из ряда технологических операций. После каждой операции технологического процесса изделие или его детали проходят проверку качества изготовления. По окончании сборки и отделки готовые изделия проходят контроль функционирования.

Методы формообразования. В табл. 3 приведены наиболее часто применяемые способы формообразования. Формообразование горячими методами металла и пластмасс обычно осуществляют в форме, после извлечения из коброй изделие имеет заусенцы, облой или грат, появляющиеся вследствие проникновения материала в зазор между половинками формы. Эти излишки материала удаляют механическим способом: слесарной обработкой напильником, обработкой на металлорежущих станках или абразивным кругом с помощью специальных опиловочно-зачистных станков. Тем же способом удаляют наплывы материала, образующиеся при таких операциях соединения деталей, как сварка и пайка. Крепежные детали, которые служат для соединения частей изделия, изготовляют чаще всего на металлорежущих станках-автоматах. Таким же способом изготовляют и многие изделия, имеющие форму тел вращения.

Наибольшая точность обработки достигается при литье под давлением и холодной обработке резанием.

Отделка поверхности. Большинство медицинских изделий требует высокой степени чистоты поверхности. Это объясняется не только желанием придать изделию красивый внешний вид, но и необходимостью обеспечить его высокие эксплуатационные качества. Плохо отделанные инструменты быстрее корродируют и выходят из строя. Это усугубляется при проведении дезинфекционной обработки и стерилизации.

После любой механической обработки на поверхности остаются неровности. Совокупность этих неровностей, образующих рельеф поверхности, называют ее шероховатостью. Чем меньше высота этих неровностей, тем выше чистота поверхности, лучше качество ее отделки. Грубо обработанные поверхности с высотой неровностей от 10 мкм и выше характеризуются максимальной высотой неровностей, а поверхности, обработанные с большей чистотой, - среднеарифметическим отклонением профиля шероховатости поверхности. Чистота поверхности медицинских инструментов чаще всего характеризуется величиной Ra=0,32-0,16 мкм, более высокий класс чистоты имеет среднюю высоту неровностей, вдвое меньшую: Ra== =0,16-0,08 мкм, а более низкий: Ra=0,64-0,32 мкм. На производстве оценку качества отделки производят путем сравнения с образцами-эталонами шероховатости поверхности.

Методы отделки поверхности, применяемые при производстве медицинской техники, делят на две группы: методы механической обработки и методы электрохимической обработки.

Основными методами механической отделки поверхности служат шлифование и полирование, которые производят при помощи абразивных материалов. Для шлифования применяют круги, изготовленные из зерен абразива, сцементированных керамической, бакелитовой или вулканитовой связкой, а также шкурки из бумаги или хлопчатобумажной ткани со слоем абразива, связанного с основой специальным клеем. На заводах медицинской промышленности используют круги из дерева, на образующей которых клеем укреплен слой абразива. При обработке такими кругами, как установлено практикой, не получается «прижогов металла», т.е. явления местного отпуска при обработке без охлаждения.

Полирование осуществляют при помощи кругов, имеющих более эластичную основу. Полирующие пасты, состоящие из мелкозернистого абразива или крокуса, также наносят на образующую такого круга.

Шлифовку и полировку внутренних поверхностей производят с помощью бесконечных ремней, смазанных абразивной пастой.

В результате обработки шлифовальными и полировальными кругами получают блестящую полированную поверхность. Полированию подвергают не только поверхности инструментов и оборудования, которые не покрывают слоем защитно-декоративного покрытия, но и покрытые таким слоем.

Методы электрохимической обработки широко используют в производстве медицинских изделий, особенно медицинских инструментов из нержавеющей стали, так как они более производительны и значительно сокращают ручные операции. В результате электрохимической обработки можно получить матированную и блестящую поверхность. Этот вид обработки применяют перед нанесением металлических покрытий, а также как завершающий процесс обработки изделия.

Электрошлифование и электрополирование основано на анодном растворении металла. Изделие помещают в ванну с электролитом специального состава и подключают к положительному полюсу источника постоянного электрического тока. При прохождении тока с поверхности изделия и в первую очередь с вершин неровности уходят частицы металла. Неровности поверхности таким образом сглаживаются.

Методы соединения деталей. Неподвижные соединения металлических деталей осуществляют методами пайки и сварки. Пайка - процесс соединения металлических деталей путем введения между ними расплавленного металла - припоя.

Различают пайку мягкими и твердым и припоями. Применение того или иного припоя зависит от требований, предъявляемых к качеству соединения. Если от соединения не требуется высокой прочности, но нужен герметичный шов, применяют мягкий припой. Если же необходимо получить прочное и герметичное соединение, используют твердые припои.

Мягкие припои обычно состоят из олова и свинца в различных весовых пропорциях; температура их плавления 220-250°С. Иногда в припой добавляют небольшое количество сурьмы для прочности. Твердые припои состоят в основном из меди и цинка;

точка плавления их более 500°С. Находят применение и серебряные припои с содержанием серебра от 10 до 99,9%, которые обладают высокими механическими свойствами. Чтобы получить при пайке надежное соединение, соединяемые поверхности тщательно очищают, протравливают и покрывают флюсом. Протравливающие вещества удаляют с поверхностей спаиваемых металлов окислы, а флюсы предохраняют металл от окисления во время пайки. В качестве протрав применяют хлорид цинка и хлористоводородную кислоту.

При пайке мягкими припоями в качестве флюса используют канифоль и стеарин, при пайке твердыми припоями - буру. Флюсы применяют в виде порошков или пасты.

Если место спая должно быть покрыто гальваническим покрытием, чаще используют твердый припой, так как гальваническое покрытие имеет плохое сцепление с компонентами мягкого припоя. На рис. 2 приведены примеры паяных соединений медицинских изделий.

Сварка - процесс соединения в одно целое металлических частей, доведенных в месте соединения до пластического или расплавленного состояния. В первом случае для соединения деталей, кроме нагрева, необходимо внешнее их сжатие относительно друг друга; во втором случае соединение осуществляют без применения внешнего сжатия, но обычно с добавкой присадочного металла.

Коррозия и защитно-декоративные покрытия

Под коррозией понимают разрушение материала вследствие воздействия на него внешней среды. Коррозия металлов и изделий из них имеет химическую или электрохимическую природу. Коррозия неметаллических материалов вызывается микроорганизмами и называется микробиологической коррозией, или биокоррозией.

Коррозия обычно сопровождается изменениями внешнего вида изделий, поскольку начинается с поверхностей, имеющих непосредственное соприкосновение с внешней средой. Химическая коррозия - результат воздействия на металл различных химических веществ с образованием на его поверхности химических соединений - т.е. продуктов коррозии. Так, изделия из углеродистой стали покрываются ржавчиной, представляющей собой гидроокись железа; изделия из меди и ее сплавов зеленеют, покрываясь окислами и солями меди. Все металлические материалы со временем в той или иной степени подвергаются коррозии, однако степень ее зависит от стойкости металлов в тех или иных средах. Так, алюминий и его сплавы в воздухе покрываются тонкой пленкой окисла, который защищает их от дальнейших разрушений, однако при действии щелочных растворов процесс коррозии ускоряется во много раз.

Необходимость защиты медицинских изделий от коррозии вызывается тем, что эти изделия перед употреблением проходят термическую или химическую стерилизацию либо обработку антисептическими растворами. Кроме того, медицинские изделия соприкасаются с агрессивными коррозионными средами в виде гноя, крови и пр., ускоряющими процессы коррозии. Следовательно, для увеличения срока службы изделий необходимо предохранить их от коррозии тем или иным методом в зависимости от условии эксплуатации. Для этой цели применяют различные покрытия. Не нуждаются в дополнительном защитном покрытии лишь благородные металлы и некоторые нержавеющие стали, поверхность которых для повышения устойчивости против коррозии необходимо хорошо отполировать. Покрытие, защищающее металл от коррозии, одновременно является и декоративным, т.е. придает изделию красивый внешний вид.

Для защиты медицинских изделий и их частей из металла от коррозии применяют три вида покрытий: металлические, неметаллические неорганические и неметаллические покрытия красками и лаками.

Металлические покрытия. Медицинские инструменты, изготовленные из углеродистых сталей и латуни, с целью защиты от коррозии принято покрывать слоем никеля или хрома либо тем и другим одновременно, используя гальванический метод. При этом учитывают, что внешний вид покрытия должен соответствовать функциональному назначению изделий. Покрытие может быть блестящим или матовым. Матовое никелевое покрытие не применяют, так как оно не придает изделию хороший декоративный вид. Хромовое покрытие выполняют как блестящим, так и матовым. В последние годы довольно широкое распространение получило матовое черное хромовое покрытие.

На металлические покрытия существует ГОСТ, устанавливающий для стальных изделий многослойные покрытия, причем условия эксплуатации для покрытых изделий делятся на четыре группы: легкие, средние, жестки и очень жесткие. Однако медицинские изделия претерпевают при эксплуатации воздействие очень агрессивных веществ, поэтому отраслевым стандартом для изделий, имеющих контакт с тканями организма, лекарственными средствами, наркотиками и подвергающихся дезинфекции, предстерилизационной очистке и стерилизации, установлена особая группа условий эксплуатации: М-1. К ней отнесены все хирургические инструменты. Толщину покрытия для хирургических инструментов назначают с учетом условий эксплуатации. Так, хирургические иглы покрывают минимальным слоем хрома в 1-5 мкм, ножи и скальпели-слоем хрома 3-6 мкм, а остальные инструменты покрывают слоем никеля и хрома. Никелевые покрытия дополняют хромовым потому, что оно имеет тенденцию к потускнению, а также для уменьшения пористости покрытия, так как поры никелевого покрытия перекрываются слоем хромового.

Детали оборудования, которые эксплуатируются во влажной среде, покрывают оловом или цинком, причем латунные детали покрывают слоем олова непосредственно, а остальные предварительно покрывают слоем никеля и меди. Детали дезинфекционного оборудования, подвергающиеся воздействию пароформалиновых и других смесей, используемых в дезинфекционных камерах, покрывают слоем цинка до 42 мкм.

Для защиты деталей медицинского оборудования применяют, как правило, трехслойное покрытие с общей толщиной слоя от 24 до 40 мкм, или двухслойное - до 18 мкм.

Для покрытия некоторых изделий используют благородные металлы - серебро и золото.

Металлические и неметаллические неорганические покрытия. Они состоят из неорганических соединений металлов и получаются при химической обработке изделий. Оксидные пленки на изделиях из стали имеют черный цвет и применяются на инструментах, в том числе из нержавеющей стали, предназначенных для оперирования под микроскопом, а также для светопоглощающих поверхностей деталей оптических приборов. Эти пленки получают методом оксидирования, т.е. обработкой в кипящем растворе щелочей: едкого натра NаОН, нитрита натрия Nа₂NО₃. Окисное покрытие имеет невысокие защитные свойства. Эти свойства усиливаются при обработке покрытия нейтральными маслами.

Нашло применение и оксидирование цветных металлов. Инструменты из. титановых сплавов оксидируют электрохимически в электролите, содержащем щавелевую кислоту при нормальной температуре наложением постоянного тока. Цвет образующейся пленки зависит от марки сплава и может изменяться от светло-зеленого с красноватым оттенком до темно-серого с зеленоватым оттенком.

Защитно-декоративные окисные пленки на алюминии и его сплавах получают методом анодирования, т.е. обработкой в электролитической ванне, содержащей раствор серной кислоты при нормальной температуре. Оксидная пленка, полученная таким способом, может быть окрашена в различные цвета, так как легко адсорбирует органические и неорганические красители. Окрашивание производят путем погружения детали в раствор красителя, нагретого до 60-70°С. Анодирование обеспечивает защиту изделия, работающего в водопаровой среде, а также от атмосферной коррозии.

Для деталей медицинских изделий нашло применение износоустойчивое анодно-окисловое покрытие, которое характеризуется высокой твердостью и высокой устойчивостью к истиранию, особенно при пропитке его смазочными маслами. Его цвет от темно-серого до черного.

Для повышения коррозионной стойкости деталей, покрытых цинком и кадмием, особенно для тропических условий, эти детали подвергают фосфатированию. Фосфатные покрытия представляют собой прочно сцепленные с поверхностью металла пленки нерастворимых фосфорнокислых солей цинка. Пленка окрашена в серо-дымчатый цвет и имеет мелкокристаллическую структуру. К недостаткам этого покрытия относят то, что на нем сохраняются отпечатки пальцев.

Обработка поверхностного слоя. Гальваническое покрытие, получаемое в электролитах без специальных добавок, как правило, получается матовым. Оно не имеет достаточно хорошего декоративного вида, легко загрязняется и плохо очищается. Чтобы придать покрытию декоративный вид, его полируют. Блестящее покрытие может быть получено механическим, химическим или электрохимическим способом, а также в специальных электролитах с добавкой блескообразователей.

Матированное покрытие в отличие от матового хорошо очищается от загрязнений. Оно получается на поверхности, обработанной перед покрытием пескоструйным устройством с использованием мелкозернистого абразива или в специальных электролитах матирования. Матированные абразивом поверхности изделий из нержавеющих сталей с последующим электрополированием имеют высокую коррозионную стойкость даже при воздействии агрессивных биологических сред и стерилизующих агентов.

Зеркальное покрытие получают механической полировкой поверхности перед покрытием.

Неметаллические покрытия красками и лаками. Для антикоррозионной защиты и декоративной отделки медицинского оборудования, аппаратуры и мебели широко используют неметаллические покрытия - лакокрасочные и пленочные. Лакокрасочные покрытия - один или несколько слоев лакокрасочных материалов, нанесенных на окрашиваемую поверхность. К пленочным относятся покрытия пленкой, наклеиваемой на поверхность изделия. Основная масса поверхностей изделий медицинской аппаратуры и оборудования защищается с помощью лакокрасочных покрытий, хотя обклеивание пленками начинает постепенно внедряться в производство медицинской аппаратуры.

Лакокрасочные покрытия по показателям внешнего вида в соответствии с ГОСТом 9.032-72 делят на 7 классов. Для поверхностей изделий медицинского назначения применяют III, IV и иногда V класс покрытия по стандарту, причем для окраски основных поверхностей, определяющих внешний вид изделий, используют только III и IV классы. По V классу окрашивают поверхности, доступные для обозрения, но не определяющие декоративный вид изделия. Класс покрытия определяет и нормы дефектов, которые допускаются на поверхности.

К дефектам окрашенной поверхности относят: 1) шагрень - рябь на поверхности покрытия; 2) штрихи - следы кисти, сохранившиеся после высыхания; 3) риски - царапины, образовавшиеся при шлифовании металлической поверхности или промежуточных слоев и оставшиеся заметными после нанесения последнего слоя; 4) потеки краски; 5) волнистость - совокупность периодических неровностей с относительно большим шагом, рассматриваемых на участке условной длины 600 мм.

На поверхностях III класса потеки не допускаются совсем; возможны незначительные шагрень, риски и штрихи; волнистость не более 1,5 ммм и включения большего размера не более 1-2. На поверхностях V класса, помимо указанных выше дефектов, допускаются волнистость не более 2,5 мм/м и включения 2х1 мм не более четырех.

Поверхности, окрашенные по III классу, - глянцевые, с коэффициентом отражения света более 50%, поверхности IV и V классов-полуглянцевые с коэффициентом отражения соответственно не более 49 и 37%. Наличие и отсутствие дефектов определяют визуально. Степень блеска поверхности может быть определена фотометром.

Класс покрытия конкретных изделий указан в ТУ на изделия. Аппаратура окрашивается только по III классу. По тому же классу окрашивают оборудование операционных залов, процедурных, лабораторное и аптечное оборудование, хотя некоторые виды вспомогательного оборудования могут быть окрашены и по IV классу. Транспортные больничные средства, дезинфекционное и стерилизационное оборудование окрашивают по IV классу.

Материалы покрытий выбирают с учетом условий эксплуатации изделия. Все покрытия изделий, эксплуатирующихся в лечебных учреждениях, должны допускать дезинфекцию 3% раствором перекиси водорода или 1% раствором хлорамина с добавлением моющих средств. Для изделий, эксплуатирующихся на открытом воздухе, применяют водостойкие покрытия. Внешнюю поверхность светильников, нагревающуюся на несколько десятков градусов выше температуры окружающей среды, покрывают термостойкими эмалями. Для окраски внутренних поверхностей дезинфекционных камер употребляют химически и термически стойкие покрытия. Для окраски оснований столов, кресел и других деталей, которые могут иметь контакт с минеральным маслом, применяющимся в гидросистемах механизмов подъема столов и т.п., используют маслостойкие покрытия. Для электроаппаратов применяют электроизоляционные покрытия. Одним из видов защитных покрытий является эмалирование.

Эмалирование. Эмалью называют стекловидную массу, получаемую путем сплавления некоторых природных материалов с так называемыми плавнями с добавлением красителей. Эмалью покрывают стальные и чугунные изделия. Поверхность изделия перед эмалированием должна быть хорошо подготовлена - выровнена, очищена и обезжирена. Процесс изготовления эмалированных изделий состоит в нанесении на их поверхность слоя эмали и последующего обжига, причем эти операции могут повторяться 2-3 раза.

Размещено на Allbest.ru