Analiza właściwości korozyjnych tytanowych materiałów medycznych.

Jako ważny materiał funkcjonalny, tytan medyczny jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym, energetycznym, zaopatrzeniu medycznym i innych dziedzinach ze względu na jego zalety w postaci niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości właściwej i dobrej odporności na korozję.

1. Korozja tytanu

Tytan jest termodynamicznie niestabilnym metalem o stosunkowo ujemnym potencjale pasywacji, a standardowy potencjał elektrody wynosi -1,63 V. Dlatego łatwo jest utworzyć warstwę tlenkową o właściwościach pasywacyjnych w atmosferze i roztworze wodnym oraz ma dobrą odporność na korozję.

1. Odporność korozyjna tytanu w różnych mediach

Bardzo ważne jest badanie odporności na korozję materiałów medycznych. Z jednej strony, niektóre jony metali lub produkty korozji wszczepianych materiałów przedostają się do tkanek biologicznych, co może wywołać reakcje fizjologiczne o różnym stopniu nasilenia; z drugiej strony, z powodu obecności płynów ustrojowych, działanie niektórych materiałów może ulec poważnemu pogorszeniu, powodując szybkie uszkodzenie lub nawet nieważność. Środowisko organizmu człowieka jest stosunkowo złożone, co z większym prawdopodobieństwem powoduje rozpuszczenie pierwiastków śladowych i zmianę stabilności warstwy tlenkowej. Niewielkie tarcie może powodować różne stopnie uszkodzenia warstwy pasywacyjnej utworzonej na powierzchni tytanu. Na przykład w środowisku ubogim w tlen stabilność warstwy tlenku jest osłabiona. W przypadku uszkodzenia nie można go natychmiast naprawić lub tworzy się nowa warstwa tlenku, co zwiększa ryzyko korozji. Sytuacja ta jest już nieunikniona podczas powtarzających się ruchów ciała człowieka i użytkowania sprzętu. Odkształcenie plastyczne zmieni stan strukturalny materiału, wpływając w ten sposób na odporność materiału na korozję. Różne stopnie odkształcenia plastycznego mają bardzo różny wpływ na właściwości korozyjne materiałów. Podczas procesu odkształcenia plastycznego koncentracja naprężeń wewnętrznych powoduje defekty na granicy faz i ziarnach. Dlatego odkształcenie plastyczne osłabia odporność materiału na korozję.

2. Mechanizm korozji tytanu

Tytan jest pierwiastkiem przejściowym grupy IVB. Jest aktywny chemicznie i ma duże powinowactwo z tlenem. W dowolnym ośrodku zawierającym tlen na powierzchni tytanu łatwo tworzy się gęsty film pasywacyjny. Ta folia pasywacyjna jest cienka, a jej grubość wynosi zwykle od kilku nanometrów do kilkudziesięciu nanometrów. Istnienie folii pasywacyjnej stopu tytanu zmniejsza obszar rozpuszczania powierzchniowo czynnego i spowalnia szybkość rozpuszczania, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniom spowodowanym rozpuszczaniem. Ponadto folię pasywacyjną można również naprawić automatycznie, a w przypadku uszkodzenia szybko utworzyć nową warstwę ochronną. Dlatego tytan ma dobrą odporność na korozję. Formy korozji tytanu metalicznego wszczepianego w organizmy żywe można podzielić na korozję wżerową, korozję naprężeniową, korozję szczelinową, korozję galwaniczną i korozję eksploatacyjną itp.