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医用钛材的腐蚀性能分析

2022-05-27 10:00:12

医用钛棒

医用钛材作为重要的功能材料,以其密度小、比强度高和耐蚀性好等优点,被广泛应用于航空航天、能源工业、医学用品等领域。

一、钛的腐蚀

钛是热力学上的不稳定金属,致钝电位较负,标准电极电位为-1.63V。 因此,在大气和水溶液中易形成一层具有钝化性质的氧化膜,耐腐蚀性较好。

1、钛在不同介质中的耐腐蚀性

研究医用材料的耐蚀性能相当重要。一方面,植入材料的部分金属离子或腐蚀产物渗入生物体组织,可引发不同程度的生理反应;另一方面,由于体液的存在,某些材料的性能可能会严重下降,致使其迅速损坏甚至失效。 人体环境相对复杂,更容易造成微量元素的溶解,改变氧化层的稳定性。轻微的摩擦可使钛表面形成的钝化膜遭受不同程度的破坏,如在贫氧的环境中,氧化层的稳定性减弱,受到破坏时不能立即修复或形成新的氧化层, 更易引起腐蚀。而这种情况在人体的反复运动和器械配合使用中几乎无法避免。塑性变形会改变材料的组织状态, 进而使材料的腐蚀性能受到影响。 不同程度的塑性变形对材料的腐蚀性能影响差异较大。在塑性变形过程中, 由于内部应力的集中致使界面和晶粒中产生缺陷,因此,塑性变形会弱化材料的耐腐蚀能力。

2、钛的腐蚀机理

钛是 IVB 族过渡元素,化学性质较活泼,与氧有很大的亲合力。在任何含氧介质中,钛的表面容易生成一层致密的钝化膜,这层钝化膜薄,其厚度通常为几纳米~几十纳米。 钛合金钝化膜的存在致使表面活性溶解的面积减少,溶解速率减慢,从而抵制了溶解造成的损害。 另外,钝化膜也能够自动修复,当受到破坏时,能迅速地形成新的保护膜。 因此,钛的耐蚀性能良好。植入生物体的金属钛,腐蚀形式可分为孔蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀以及磨损腐蚀等

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