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    鈦合金的腐蝕機理

    鈦是 IVB 族過渡元素,化學性質較活潑,與氧有很大的親合力。在任何含氧介質中,鈦的表面容易生成一層致密的鈍化膜,這層鈍化膜極薄,其厚度通常為幾納米~幾十納米。鈦合金鈍化膜的存在致使表面活性溶解的面積減少,溶解速率減慢,從而抵制了溶解造成的損害。另外,鈍化膜也能夠自動修復,當受到破壞時,能迅速地形成新的保護膜。因此,鈦的耐蝕性能良好。植入生物體的金屬鈦,腐蝕形式可分為孔蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕以及磨損腐蝕等。

    1.應力腐蝕

    應力腐蝕是指拉應力和腐蝕同時作用時使金屬產生破裂的現象。大致過程為:拉應力的作用使金屬表面生成的保護膜開始破裂,形成點蝕或縫隙腐蝕的裂紋源,向縱深發展, 同時拉應力的作用可以使保護膜反復破裂,形成與拉應力垂直方向的裂縫,甚至導致斷裂。

    2.縫隙腐蝕

    當介質處于金屬部件與金屬或非金屬之間形成的縫隙中時, 可使縫內金屬加速腐蝕, 稱為縫隙腐蝕?p隙腐蝕是一種局部腐蝕。當鈦及鈦合金存在縫隙時,由于縫隙內缺少氧化性的物質,使其成為陽極而發生腐蝕,破壞鈍化膜。一般情況下,縫隙腐蝕經歷三個階段:①消耗縫隙內的氧;②形成宏觀電池,pH值下降;③鈍化膜活化溶解,直至完全破壞。研究發現,在 37℃的 Hanks‘ 溶液中,材料的縫隙腐蝕程度由大到小排列為:NiTi>NiTiCu>316L>Ti6Al4V≈Ti;Ti 和 Ti6AI4V 在 Hanks‘ 溶液中有很強的耐縫隙腐蝕能力。

    3.磨損腐蝕

    磨損腐蝕是金屬與介質相互接觸時, 相對運動速度較大,致使金屬表面遭受磨損,進而引起金屬的加速腐蝕。當鈦作為種植體被植入時,與操作器械會發生一定程度的磨損, 使表面存在的氧化膜遭到破壞。如果這層氧化膜不能及時修復,植入金屬將會進一步腐蝕甚至失效。

    生物醫用材料是現代臨床醫學快速發展的重要物質基礎,是 2l 世紀材料研究的主要課題。 鈦作為一種新型耐蝕材料已經取得了巨大發展, 由于其較好的生物相容性和耐蝕性, 在生物醫學領域受到廣泛應用。但鈦在人體環境中的應用仍然有很多問題亟待解決。因此,對鈦材各方面的性能進行深入研究,設計并開動生物醫用材料的更快發展。

     

         

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