| 题名 | 医用Ti2448合金腐蚀性能研究 |
| 作者 | 白芸 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 郭正晓 ; 杨锐 |
| 关键词 | Ti2448合金 模拟人体体液 腐蚀性能 动电位极化曲线 电化学阻抗 Ti2448 alloy the simulated physiological environment corrosion behavior potentiodynamic polarization curve electrochemical impedance spectroscopy |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | " 钛及其合金由于具有高比强度、低模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点而成为医疗领域备受关注的金属材料。尽管Ti-6Al-4V合金目前仍然广泛应用于临床医学，但它们存在弹性模量高和潜在生物毒性等缺点。因此，近年来越来越多的学者致力于研究和发展具有低弹性模量和生物相容性更为优异的β型医用钛合金。 Ti-24Nb-4Zr-8Sn（wt.%，简称Ti2448合金）是一种生物相容性良好的高强度、低模量、多功能β型钛合金，在金属植入物领域有着巨大的应用潜力。作为一种新型的医用金属植入材料，研究其在人体环境中的耐蚀性能至关重要，因为材料腐蚀是影响植入材料力学性能、耐磨性能及生物安全性的重要因素。为保证植入物在人体内长期安全可靠使用，需要其具有优异的抗腐蚀性能。本文采用模拟人体体液环境，通过电化学方法对Ti2448合金的腐蚀性能、影响因素及腐蚀机制进行了研究，并与纯钛和Ti-6Al-4V合金进行比较。 研究结果表明，Ti2448合金在37°C的0.9％NaCl、PBS、Hank′s和模拟唾液（ASS）溶液中均能生成致密的保护性氧化膜，氧化膜属n型半导体，其载流子密度在1017～1018/cm3范围内。氧化膜的主要成分为TiO2和Nb2O5，并含有少量的ZrO2和SnO2。在Hank′s和ASS溶液形成的钝化膜中发现Ca2＋，降低了合金的耐蚀性能。Ti2448合金在四种介质中表现出典型的活化－钝化特征。由于钝化膜中大量存在的Nb5＋离子能有效的降低钝化膜中点缺陷的密度，提高其稳定性，使得Ti2448合金具有优良的钝化性能，表现出比纯钛和Ti-6Al-4V合金更为宽阔的稳定钝化电位区间，其腐蚀速度与纯钛相当。Ti2448合金在腐蚀介质中，会生成单层致密或内层致密外层疏松两种类型的钝化膜结构，并且致密层电阻值可达到106Ωcm2数量级。随着浸泡时间的延长，材料表面钝化膜均转变为稳定的双层结构，致密层特性对材料的耐蚀性能起主导作用；同时致密内层的电阻值会随浸泡时间的增加而提高，这降低了Ti2448合金的腐蚀速度，提高其耐蚀性能。 影响Ti2448合金在模拟体液环境中腐蚀行为的主要因素包括介质pH值、蛋白质分子及F- 离子等。研究结果表明，随着介质pH值减小，Ti2448合金钝化膜中TiO2的酸性溶解加速，由稳定钝化区进入到活性溶解区，导致材料表面钝化膜变薄，腐蚀速度增大，耐蚀性能降低。蛋白质分子的存在会抑制Ti2448合金在PBS溶液中的腐蚀过程，但较高浓度的蛋白质分子会与钝化膜中的金属离子生成可溶性金属络合物而使钝化膜的稳定性降低，腐蚀速度增大。ASS中较低浓度的F- 离子不会抑制Ti2448合金表面钝化膜的生成过程，只会影响钝化膜的稳定性；但当F- 离子浓度达到1％时，由于F- 离子通过与钝化膜中TiO2生成水溶性氟化物Na2TiF6，而使钝化膜失去保护作用。 Ti2448合金在0.9％NaCl、PBS和Hank′s溶液三种中性介质中，经历三个阶段完成一个腐蚀周期，包括钝化膜致密内层和疏松外层的同时生长增厚；疏松外层中出现微缺陷并部分转化为宏观裂纹；疏松外层在大量宏观裂纹的贯通作用下，与致密内层的结合力大幅度下降，最终呈片状整体脱落。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64414]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 白芸. 医用Ti2448合金腐蚀性能研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
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