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一、無(wú)機(jī)金屬材料的腐蝕機(jī)理

1.1鎂合金溶于水環(huán)境中的鎂與水發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氧化鎂和氫氣。雖然整體腐蝕鎂合金的反應(yīng)還沒(méi)有被系統(tǒng)研究。但是，這對(duì)整體鎂合金的腐蝕反應(yīng)進(jìn)行了合理的預(yù)期，并揭示了腐蝕過(guò)程。這個(gè)模型也可以使用描述其他鎂合金的腐蝕過(guò)程。

1.2鐵合金不同于鎂合金發(fā)生的析氫反應(yīng)，鐵合金的腐蝕是發(fā)生在水環(huán)境中的腐蝕氧化?；诘某两谌芤褐需F的測(cè)試結(jié)果，降解機(jī)理是在堿性條件和氧環(huán)境下一些二價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵。由于溶液是在存在氯離子的暴露的空氣中，并會(huì)形成一部分磁鐵礦。

二、腐蝕試驗(yàn)系統(tǒng)

2.1電解質(zhì)溶液的選擇通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得腐蝕數(shù)據(jù)顯示，影響腐蝕最重要的因素是電解質(zhì)溶液體系。在過(guò)去的十年來(lái)，用電解質(zhì)溶液解決各種方案系統(tǒng)。解決方案的主要類型包括：0.9%氯化鈉水溶液解，SBF（模擬體液），PBS（磷酸鹽緩沖液），DMEM等。以鎂合金為例，腐蝕電流密度在0.9%氯化鈉水溶液中的解決方案在不同的數(shù)量級(jí)測(cè)試下，結(jié)果可能有很大的差距。所以電解質(zhì)溶液的某些化學(xué)成分是必不可少的度量因素。無(wú)機(jī)鹽、氨基酸對(duì)降解純鎂測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生影響。用于浸漬試驗(yàn)的溶液的類型：等離子體，氯化鈉，氯化鈉，碳酸氫鈉。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)吸附在鎂盤表面對(duì)鎂溶出度的延遲具有顯著的效果。這是由于對(duì)蛋白質(zhì)的吸附，使得不溶性鹽層更加密集或更有效的作為一個(gè)屏障腐蝕。但是氨基酸和某些有機(jī)金屬化合物可以形成一個(gè)金屬陽(yáng)離子復(fù)合物加速金屬溶解。開路電位朝著更積極的價(jià)位顯著變化，不能提供足夠的保護(hù)，SBF趨于延緩局部腐蝕。此外，氯化物表面上的離子可以將形成的氧化鎂轉(zhuǎn)化為可溶性氯化鎂，可以提高局部腐蝕，穩(wěn)定腐蝕產(chǎn)品。研究PH值對(duì)腐蝕的影響發(fā)現(xiàn)，高PH溶液中，鎂腐蝕速率是正常速率的兩倍。高PH值加速了磷酸鹽的沉淀碳酸酯，也穩(wěn)定氧化鎂。純鎂在硼酸緩沖溶液中的性質(zhì)也說(shuō)明PH值會(huì)影響穩(wěn)定性。總之，通過(guò)研究影響鎂合金的腐蝕機(jī)理，得出結(jié)論：無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物組件有一個(gè)顯著的影響金屬合金的降解過(guò)程必須謹(jǐn)慎選擇解決方案。

2.2表面粗糙度的影響噴砂、涂層或氧化，都是有意向性改變對(duì)金屬材料的處理，適用于各種表面處理，以提高生物材料的腐蝕性能。但表面粗糙度對(duì)腐蝕的影響屬性通常被忽略。磨削工藝不同與表面粗糙度會(huì)影響材料腐蝕速率。機(jī)械拋光表面處理，電解拋光和采摘將提高他們的耐腐蝕性，表面粗糙提高腐蝕速率。并且，腐蝕速率通常隨時(shí)間增加。因此，需要隨時(shí)間的變化而改變浸泡時(shí)間。不同時(shí)間的數(shù)據(jù)不能比較。腐蝕速率是質(zhì)量變化的原表面接觸到的腐蝕性媒體。這種評(píng)價(jià)方法很簡(jiǎn)單，但具體操作是不同的。考慮浸泡后腐蝕產(chǎn)物的去除也是很重要的，一些研究人員只是刪除樣本溶液，用蒸餾水漂洗，然后稱量樣品。而科學(xué)家清潔樣品的化學(xué)物質(zhì)是用180g/L鉻酸去除腐蝕產(chǎn)物。

2.3電化學(xué)測(cè)試電化學(xué)測(cè)試是一種對(duì)腐蝕性能進(jìn)行評(píng)估的既方便又容易的方法。通過(guò)三電極系統(tǒng)測(cè)量OCP（開路電位），極化曲線和交流阻抗（電化學(xué)阻抗譜）。以下是一些影響腐蝕結(jié)果的方面。研究人員為其所采用的動(dòng)電位極化測(cè)量是最流行的方法，該方法比較方便，但參數(shù)的選擇可以帶來(lái)巨大差異。其中，最重要的參數(shù)之一是掃描率。當(dāng)掃描速度低時(shí)，電極系統(tǒng)處在穩(wěn)態(tài)近似狀態(tài)，隨著掃描速度的增加引起零電流電位轉(zhuǎn)移到更負(fù)值。在這種狀態(tài)下，電子轉(zhuǎn)移的速度與電子消費(fèi)量相等。因此，可以得到一個(gè)準(zhǔn)確的零電流電位。隨著掃描速度的增加，穩(wěn)定狀態(tài)系統(tǒng)被干擾，電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)速度比電子在陰極上的消耗要大，從而導(dǎo)致電子的積累。此外，較慢的掃描速度，會(huì)使電流密度越清晰，成像越快。因此，掃描速率動(dòng)電位極化測(cè)量應(yīng)足夠慢，測(cè)試時(shí)間應(yīng)足夠短。頻率范圍有對(duì)光譜也具有重要影響。如果電極系統(tǒng)足夠穩(wěn)定，頻率應(yīng)足夠低會(huì)使測(cè)量時(shí)間更長(zhǎng)。如果電極系統(tǒng)是主動(dòng)的，表面特性在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試中會(huì)改變。頻率應(yīng)該足夠高，以確保短時(shí)間測(cè)試。因此，為了減少時(shí)間和潛在的噪音干擾，在100千赫位置設(shè)置上限頻率。

2.4浸泡試驗(yàn)浸泡試驗(yàn)也是一種可生物降解的腐蝕性能評(píng)價(jià)金屬材料的常用的方法。根據(jù)醫(yī)學(xué)儀器的生物評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)室浸泡腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程進(jìn)行金屬測(cè)試，通過(guò)一系列的方法分析被測(cè)材料降解腐蝕產(chǎn)物的化學(xué)溶液。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織指示測(cè)試單元應(yīng)緊密關(guān)閉以防止蒸發(fā)，并且在37°C的溫度下保存7天，再進(jìn)行分析。影響結(jié)果的因素包括溶液體積比與試樣表面積（體積/體積）流量，浸泡時(shí)間和評(píng)價(jià)腐蝕速率的方法。根據(jù)浸漬溶液的狀態(tài)，試驗(yàn)分為靜態(tài)浸泡和動(dòng)態(tài)浸泡。在靜態(tài)浸泡試驗(yàn)中，樣品浸泡在溶液中，而在動(dòng)態(tài)浸泡試驗(yàn)中，該溶液流動(dòng)。大多數(shù)報(bào)告采用靜態(tài)浸泡試驗(yàn)評(píng)價(jià)腐蝕性能金屬材料，但有一些結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)：溶液的流動(dòng)通過(guò)減少沉積腐蝕產(chǎn)物加速腐蝕過(guò)程，剪切應(yīng)力的振幅對(duì)腐蝕過(guò)程有強(qiáng)烈的影響。當(dāng)這個(gè)壓力很低，它保護(hù)表面不受局限腐蝕。然而，當(dāng)它高時(shí)，除了高均勻腐蝕，也會(huì)存在局部腐蝕的發(fā)生。

2.5腐蝕速率的評(píng)價(jià)方法通常運(yùn)用以下方法來(lái)評(píng)價(jià)腐蝕速率金屬材料的質(zhì)量損失，分別為氫的氧化，離子釋放濃度和電化學(xué)腐蝕電流。質(zhì)量損耗/增益質(zhì)量是評(píng)價(jià)試樣腐蝕速率浸泡試驗(yàn)前后的質(zhì)量變化的方法。樣品浸入在腐蝕介質(zhì)中一段時(shí)間，之后試樣被拆除，質(zhì)量變化測(cè)量。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著無(wú)機(jī)金屬材料日益受到關(guān)注，大量的無(wú)機(jī)金屬材料腐蝕測(cè)試體系被應(yīng)用。通過(guò)腐蝕數(shù)據(jù)顯示，影響腐蝕的因素為電解質(zhì)溶液選擇；表面粗糙度影響；電化學(xué)測(cè)試和浸泡試驗(yàn)。這些測(cè)試體系具有不同獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。據(jù)上文分析，為建立一個(gè)合理的并且更科學(xué)的測(cè)試體系，應(yīng)采用動(dòng)態(tài)腐蝕測(cè)試評(píng)價(jià)腐蝕速率法，樣品表面粗糙度和溶液體積與樣品表面積之比應(yīng)該精確。并且，多種腐蝕速度評(píng)價(jià)方法應(yīng)當(dāng)相互參照。

作者：張平 何麗鑫 單位：沈陽(yáng)建設(shè)項(xiàng)目招投標(biāo)中心 沈陽(yáng)招標(biāo)中心