镍钛合金抗腐蚀性研究(一)

镍钛合金抗腐蚀性研究(一) 〔论文关键词〕镍钛合金抗腐蚀性氧化层 〔论文摘要〕镍钛合金以其良好的形状记忆性和 超弹性在医学上具有特殊的应用价值。 但由于从镍钛合金中释放的镍具有细胞毒性, 使提高 镍钛合金的抗腐蚀性显得尤为重要。 本文就镍钛合金抗腐蚀性的研究方法、 镍钛合金腐蚀的 电解质因素、镍钛合金表面结构对镍钛合金抗腐蚀性影响的研究进展作一综述。 自从美国海军武器研究所首先发现镍钛合金的形状记忆性以来, 镍钛合金因良好的形状记忆 性和超弹性在医学上发挥了巨大作用。然而,镍钛合金由镍(Ni)、钛(Ti)等原子组成,故对镍 钛合金抗腐蚀性研究十分必要。 研究镍钛合金抗腐蚀性的方法很多, 电极极化实验又称动电 位实验由于其快捷、 高效、 信息获得量多, 在研究中应用也较多。 口腔环境中存在着氯离子、 氟离子、不同的氧浓度、菌斑及微生物等,对镍钛合金的抗腐蚀性有很大影响。近年来,通 过改变镍钛合金表面结构,获得新的氧化层或者其他表面保护层的方法被用于改善 镍钛合金的抗腐蚀性,达到了很好的效果,提高了镍钛合金的生物相容性。 一、利用动电位实验检测镍钛合金抗腐蚀性 动电位实验是使作为电极的金属丝发生点状或缝隙腐蚀时, 腐蚀局限在金属电极端的实验利 用它可以观察金属合金发生点状或缝隙腐蚀时的表面电流和电压变化情况。 根据电压和电流 变化曲线可以推断腐蚀相关参数。 有学者采用动电位实验观察和测量不同合金表面处理方法 即机械抛光、电解法抛光、空气中热处理形成的草黄色氧化层、盐浴中热处理形成的蓝色氧 化层等处理后的金属作为电极时发生点状或缝隙腐蚀时的电压和电流的变化情况,发现 MP 的镍钛合金活化电压最低,按照镍钛合金活化电压的高低依次为 BO>CP>EP>SCO>MP, 腐蚀电流密度和腐蚀速率依次为 CP<SCO<EP<BO<MP。上述结果都说明机械抛光组的抗 腐蚀能力最差。然而镍元素释放量为 EP=MP<CP=BO<SCO,说明了应用腐蚀电流密度和腐 蚀速率来评价镍钛合金抗腐蚀能力与原子吸收光谱法所测镍元素的释放量之间并不一致。 样品的抗腐蚀性也可用崩解电压、 再钝化电压和腐蚀电压来表现。 用崩解电压和腐蚀电压解 释材料的腐蚀抵抗力的标准依据有: 当电压位于崩解电压和腐蚀电压间时, 惰性金属保持静 态。当电压大于崩解电压时,金属开始遭受腐蚀,甚至有可能形成点腐蚀。当再钝化电压小 于腐蚀电压时,氧化层会被破坏,金属丝将保持激活状态并不断形成点腐蚀。当再钝化电压 大于腐蚀电压时,金属将有可能完全钝化,如果钝化过程是主要的,金属丝点腐蚀的机会将 很小。崩解电压和再钝化电压的差值与金属的点腐蚀抵抗力有关,差值越小,金属的抵抗力 就越强。虽然应用动电位实验来检测镍钛合金丝的抗腐蚀性具有快捷、高效的特点,然而实 验结果与原子吸收光谱法所测的镍元素释放量存在着差异,这其中的原因有待进一步探讨。 二、电解质对镍钛合金抗腐蚀性的影响 镍钛合金弓丝在口腔环境中的腐蚀受到多方面的影响, 存在多种腐蚀方式, 然而口腔环境中 的电解质对镍钛合金的腐蚀是基本的也是主要的腐蚀, 运用体外实验可以模仿这个过程。 体 外实验研究显示,溶液的 pH 值、温度、氯离子、氟离子、氧浓度等对镍钛合金的抗腐蚀性 具有比较大的影响, 特别是氟离子能显著影响镍钛合金的抗腐蚀性。 学者们采用人工唾液浸 泡实验研究镍钛弓丝的镍元素释放,发现 pH 值是影响镍元素释放的重要因素,pH 值越小, 镍的释放量越大。有学者采用酸性含氟溶液的浸泡实验研究 pH 值和温度对正畸镍钛弓丝的 腐蚀影响,发现 pH 值为 3.5 时,溶液温度 60℃组的镍钛弓丝的镍元素释放最多,弓丝表面 发生了明显的腐蚀。当溶液的 pH 值为 6 时,镍元素的释放量与温度没有明显相关性。当溶 液温度为 5℃时,弓丝表面出现较小的腐蚀现象,与 pH 值没有明显的相关性。这说明只有 在合适的温度和 pH 值环境条件下镍钛合金才会发生比较明显的腐蚀,而口腔具有合适的温 度,当菌斑黏附于合金表面耗糖产酸时又可以提供合适的 pH 值环境,使得镍钛合金在口腔 中的腐蚀不容忽视。 氟离子对钛和钛合金的保护性氧化层具有侵袭性, 可以降解钛和钛合金

表面的保护性氧化层。氟离子与 TiO 反应形成 TiOF2,削弱并破坏了表面钛氧化层的抗腐蚀 能力,引起钛和钛合金表面的点状和缝隙腐蚀。电化学研究也表明,介质中含有氟离子时钛 和钛合金的抗腐蚀性将会受到冲击, 溶液中添加氟时降低了钛的激活电压, 将加速钛和钛合 金的腐蚀。


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