论文部分内容阅读
一、无机金属材料的腐蚀机理
1.1镁合金
溶于水环境中的镁与水发生电化学反应，产生氢氧化镁和氢气。虽然整体腐蚀镁合金的反应还没有被系统研究。但是，这对整体镁合金的腐蚀反应进行了合理的预期，并揭示了腐蚀过程。这个模型也可以使用描述其他镁合金的腐蚀过程。
反应方程如下：
Mg→Mg2++2e （1）
2H2O+2e→H2↑+2OH-? （2）
Mg2++2OH2→Mg（OH）2↓ （3）
1.2铁合金
不同于镁合金发生的析氢反应，铁合金的腐蚀是发生在水环境中的腐蚀氧化。基于的沉浸在溶液中铁的测试结果，降解机理是在碱性条件和氧环境下一些二价铁转化为三价铁。由于溶液是在存在氯离子的暴露的空气中，并会形成一部分磁铁矿。
反应方程如下：
1/2O2+H2O+2e-→2OH-? （5）
Fe2++2OH-→Fe（OH）2 （6）
Fe2+→Fe3++e- （7）
Fe3++3OH-→Fe（OH）3 （8）
二、腐蚀试验系统
2.1电解质溶液的选择
通过实验获得腐蚀数据显示，影响腐蚀最重要的因素是电解质溶液体系。在过去的十年来，用电解质溶液解决各种方案系统。解决方案的主要类型包括：0.9%氯化钠水溶液解，SBF（模拟体液），PBS（磷酸盐缓冲液），DMEM等。以镁合金为例，腐蚀电流密度在0.9%氯化钠水溶液中的解决方案在不同的数量级测试下，结果可能有很大的差距。所以电解质溶液的某些化学成分是必不可少的度量因素。无机盐、氨基酸对降解纯镁测试系统产生影响。用于浸渍试验的溶液的类型：等离子体，氯化钠，氯化钠，碳酸氢钠。结果表明，蛋白质吸附在镁盘表面对镁溶出度的延迟具有显著的效果。这是由于对蛋白质的吸附，使得不溶性盐层更加密集或更有效的作为一个屏障腐蚀。但是氨基酸和某些有机金属化合物可以形成一个金属阳离子复合物加速金属溶解。开路电位朝着更积极的价位显著变化，不能提供足够的保护，SBF趋于延缓局部腐蚀。此外，氯化物表面上的离子可以将形成的氧化镁转化为可溶性氯化镁，可以提高局部腐蚀，稳定腐蚀产品。研究PH值对腐蚀的影响发现，高PH溶液中，镁腐蚀速率是正常速率的两倍。高PH值加速了磷酸盐的沉淀碳酸酯，也稳定氧化镁。纯镁在硼酸缓冲溶液中的性质也说明PH值会影响稳定性。总之，通过研究影响镁合金的腐蚀机理，得出结论：无机离子和有机物组件有一个显着的影响金属合金的降解过程必须谨慎选择解决方案。
2.2表面粗糙度的影响
喷砂、涂层或氧化，都是有意向性改变对金属材料的处理，适用于各种表面处理，以提高生物材料的腐蚀性能。但表面粗糙度对腐蚀的影响属性通常被忽略。磨削工艺不同与表面粗糙度会影响材料腐蚀速率。机械抛光表面处理，电解抛光和采摘将提高他们的耐腐蚀性，表面粗糙提高腐蚀速率。并且，腐蚀速率通常随时间增加。因此，需要随时间的变化而改变浸泡时间。不同时间的数据不能比较。腐蚀速率是质量变化的原表面接触到的腐蚀性媒体。这种评价方法很简单，但具体操作是不同的。考虑浸泡后腐蚀产物的去除也是很重要的，一些研究人员只是删除样本溶液，用蒸馏水漂洗，然后称量样品。而科学家清洁样品的化学物质是用180 g/L铬酸去除腐蚀产物。
2.3电化学测试
电化学测试是一种对腐蚀性能进行评估的既方便又容易的方法。通过三电极系统测量OCP（开路电位），极化曲线和交流阻抗（电化学阻抗谱）。以下是一些影响腐蚀结果的方面。研究人员为其所采用的动电位极化测量是最流行的方法，该方法比较方便，但参数的选择可以带来巨大差异。其中，最重要的参数之一是扫描率。当扫描速度低时，电极系统处在稳态近似状态，随着扫描速度的增加引起零电流电位转移到更负值。在这种状态下，电子转移的速度与电子消费量相等。因此，可以得到一个准确的零电流电位。随着扫描速度的增加，稳定状态系统被干扰，电子转移的反应速度比电子在阴极上的消耗要大，从而导致电子的积累。此外，较慢的扫描速度，会使电流密度越清晰，成像越快。因此，扫描速率动电位极化测量应足够慢，测试时间应足够短。频率范围有对光谱也具有重要影响。如果电极系统足够稳定，频率应足够低会使测量时间更长。如果电极系统是主动的，表面特性在长时间测试中会改变。频率应该足够高，以确保短时间测试。因此，为了减少时间和潜在的噪音干扰，在100千赫位置设置上限频率。
2.4浸泡试验
浸泡试验也是一种可生物降解的腐蚀性能评价金属材料的常用的方法。根据医学仪器的生物评价和实验室浸泡腐蚀的标准实施规程进行金属测试，通过一系列的方法分析被测材料降解腐蚀产物的化学溶液。国际标准组织指示测试单元应紧密关闭以防止蒸发，并且在37°C的温度下保存7天，再进行分析。影响结果的因素包括溶液体积比与试样表面积（体积/体积）流量，浸泡时间和评价腐蚀速率的方法。根据浸渍溶液的状态，试验分为静态浸泡和动态浸泡。在静态浸泡试验中，样品浸泡在溶液中，而在动态浸泡试验中，该溶液流动。大多数报告采用静态浸泡试验评价腐蚀性能金属材料，但有一些结果研究发现：溶液的流动通过减少沉积腐蚀产物加速腐蚀过程，剪切应力的振幅对腐蚀过程有强烈的影响。当这个压力很低，它保护表面不受局限腐蚀。然而，当它高时，除了高均匀腐蚀，也会存在局部腐蚀的发生。
2.5腐蚀速率的评价方法
通常运用以下方法来评价腐蚀速率金属材料的质量损失，分别为氢的氧化，离子释放浓度和电化学腐蚀电流。质量损耗/增益质量是评价试样腐蚀速率浸泡试验前后的质量变化的方法。样品浸入在腐蚀介质中一段时间，之后试样被拆除，质量变化测量。
三、结束语
随着无机金属材料日益受到关注，大量的无机金属材料腐蚀测试体系被应用。通过腐蚀数据显示，影响腐蚀的因素为电解质溶液选择；表面粗糙度影响；电化学测试和浸泡试验。这些测试体系具有不同独特的优点和缺点。据上文分析，为建立一个合理的并且更科学的测试体系，应采用动态腐蚀测试评价腐蚀速率法，样品表面粗糙度和溶液体积与样品表面积之比应该精确。并且，多种腐蚀速度评价方法应当相互参照。
（作者单位：1.沈阳建设项目招投标中心，2.沈阳招标中心）
1.1镁合金
溶于水环境中的镁与水发生电化学反应，产生氢氧化镁和氢气。虽然整体腐蚀镁合金的反应还没有被系统研究。但是，这对整体镁合金的腐蚀反应进行了合理的预期，并揭示了腐蚀过程。这个模型也可以使用描述其他镁合金的腐蚀过程。
反应方程如下：
Mg→Mg2++2e （1）
2H2O+2e→H2↑+2OH-? （2）
Mg2++2OH2→Mg（OH）2↓ （3）
1.2铁合金
不同于镁合金发生的析氢反应，铁合金的腐蚀是发生在水环境中的腐蚀氧化。基于的沉浸在溶液中铁的测试结果，降解机理是在碱性条件和氧环境下一些二价铁转化为三价铁。由于溶液是在存在氯离子的暴露的空气中，并会形成一部分磁铁矿。
反应方程如下：
1/2O2+H2O+2e-→2OH-? （5）
Fe2++2OH-→Fe（OH）2 （6）
Fe2+→Fe3++e- （7）
Fe3++3OH-→Fe（OH）3 （8）
二、腐蚀试验系统
2.1电解质溶液的选择
通过实验获得腐蚀数据显示，影响腐蚀最重要的因素是电解质溶液体系。在过去的十年来，用电解质溶液解决各种方案系统。解决方案的主要类型包括：0.9%氯化钠水溶液解，SBF（模拟体液），PBS（磷酸盐缓冲液），DMEM等。以镁合金为例，腐蚀电流密度在0.9%氯化钠水溶液中的解决方案在不同的数量级测试下，结果可能有很大的差距。所以电解质溶液的某些化学成分是必不可少的度量因素。无机盐、氨基酸对降解纯镁测试系统产生影响。用于浸渍试验的溶液的类型：等离子体，氯化钠，氯化钠，碳酸氢钠。结果表明，蛋白质吸附在镁盘表面对镁溶出度的延迟具有显著的效果。这是由于对蛋白质的吸附，使得不溶性盐层更加密集或更有效的作为一个屏障腐蚀。但是氨基酸和某些有机金属化合物可以形成一个金属阳离子复合物加速金属溶解。开路电位朝着更积极的价位显著变化，不能提供足够的保护，SBF趋于延缓局部腐蚀。此外，氯化物表面上的离子可以将形成的氧化镁转化为可溶性氯化镁，可以提高局部腐蚀，稳定腐蚀产品。研究PH值对腐蚀的影响发现，高PH溶液中，镁腐蚀速率是正常速率的两倍。高PH值加速了磷酸盐的沉淀碳酸酯，也稳定氧化镁。纯镁在硼酸缓冲溶液中的性质也说明PH值会影响稳定性。总之，通过研究影响镁合金的腐蚀机理，得出结论：无机离子和有机物组件有一个显着的影响金属合金的降解过程必须谨慎选择解决方案。
2.2表面粗糙度的影响
喷砂、涂层或氧化，都是有意向性改变对金属材料的处理，适用于各种表面处理，以提高生物材料的腐蚀性能。但表面粗糙度对腐蚀的影响属性通常被忽略。磨削工艺不同与表面粗糙度会影响材料腐蚀速率。机械抛光表面处理，电解抛光和采摘将提高他们的耐腐蚀性，表面粗糙提高腐蚀速率。并且，腐蚀速率通常随时间增加。因此，需要随时间的变化而改变浸泡时间。不同时间的数据不能比较。腐蚀速率是质量变化的原表面接触到的腐蚀性媒体。这种评价方法很简单，但具体操作是不同的。考虑浸泡后腐蚀产物的去除也是很重要的，一些研究人员只是删除样本溶液，用蒸馏水漂洗，然后称量样品。而科学家清洁样品的化学物质是用180 g/L铬酸去除腐蚀产物。
2.3电化学测试
电化学测试是一种对腐蚀性能进行评估的既方便又容易的方法。通过三电极系统测量OCP（开路电位），极化曲线和交流阻抗（电化学阻抗谱）。以下是一些影响腐蚀结果的方面。研究人员为其所采用的动电位极化测量是最流行的方法，该方法比较方便，但参数的选择可以带来巨大差异。其中，最重要的参数之一是扫描率。当扫描速度低时，电极系统处在稳态近似状态，随着扫描速度的增加引起零电流电位转移到更负值。在这种状态下，电子转移的速度与电子消费量相等。因此，可以得到一个准确的零电流电位。随着扫描速度的增加，稳定状态系统被干扰，电子转移的反应速度比电子在阴极上的消耗要大，从而导致电子的积累。此外，较慢的扫描速度，会使电流密度越清晰，成像越快。因此，扫描速率动电位极化测量应足够慢，测试时间应足够短。频率范围有对光谱也具有重要影响。如果电极系统足够稳定，频率应足够低会使测量时间更长。如果电极系统是主动的，表面特性在长时间测试中会改变。频率应该足够高，以确保短时间测试。因此，为了减少时间和潜在的噪音干扰，在100千赫位置设置上限频率。
2.4浸泡试验
浸泡试验也是一种可生物降解的腐蚀性能评价金属材料的常用的方法。根据医学仪器的生物评价和实验室浸泡腐蚀的标准实施规程进行金属测试，通过一系列的方法分析被测材料降解腐蚀产物的化学溶液。国际标准组织指示测试单元应紧密关闭以防止蒸发，并且在37°C的温度下保存7天，再进行分析。影响结果的因素包括溶液体积比与试样表面积（体积/体积）流量，浸泡时间和评价腐蚀速率的方法。根据浸渍溶液的状态，试验分为静态浸泡和动态浸泡。在静态浸泡试验中，样品浸泡在溶液中，而在动态浸泡试验中，该溶液流动。大多数报告采用静态浸泡试验评价腐蚀性能金属材料，但有一些结果研究发现：溶液的流动通过减少沉积腐蚀产物加速腐蚀过程，剪切应力的振幅对腐蚀过程有强烈的影响。当这个压力很低，它保护表面不受局限腐蚀。然而，当它高时，除了高均匀腐蚀，也会存在局部腐蚀的发生。
2.5腐蚀速率的评价方法
通常运用以下方法来评价腐蚀速率金属材料的质量损失，分别为氢的氧化，离子释放浓度和电化学腐蚀电流。质量损耗/增益质量是评价试样腐蚀速率浸泡试验前后的质量变化的方法。样品浸入在腐蚀介质中一段时间，之后试样被拆除，质量变化测量。
三、结束语
随着无机金属材料日益受到关注，大量的无机金属材料腐蚀测试体系被应用。通过腐蚀数据显示，影响腐蚀的因素为电解质溶液选择；表面粗糙度影响；电化学测试和浸泡试验。这些测试体系具有不同独特的优点和缺点。据上文分析，为建立一个合理的并且更科学的测试体系，应采用动态腐蚀测试评价腐蚀速率法，样品表面粗糙度和溶液体积与样品表面积之比应该精确。并且，多种腐蚀速度评价方法应当相互参照。
（作者单位：1.沈阳建设项目招投标中心，2.沈阳招标中心）