3.2 腐蝕液對鈦合金電化學行為影響

本實驗中鈦合金在外加極化條件下，電流密度為 0 時的電位為腐蝕電位，E c 當外加電壓高于 E c后，鈦金屬電極處于活化狀態。電流隨著電壓的增大而增加，隨著金屬表面鈍化膜的形成 金屬在腐蝕環境中轉化為鈍化狀態，電流密度隨電壓的增加而保持不變。此時的電流密度為維鈍電流密度 I p本研究中為了觀察3 種鈦合金在生物體液中的電化學行為，觀察了電壓在-1 500mV~1 200mV 間的電流密度變化。見圖 2 。在人體環境中，人體電化學電位一般在 400mV~500mV 之間，因此觀察 3 種合金在該期間的電化學行為就非常重要 與 0.9%NaCl 溶液中的腐蝕電位相比 3 種合金在含有 10 %的小牛血清細胞培養液中 E c 均降低，而且當活性細胞添加后 E c 進一步降低 影響 E c 的主要因素是腐蝕溶液的組成成分 及由此而產生的不同極化性。本實驗結果說明含有 10 % 小牛血清細胞的培養液的極化性較 0.9% NaCl 溶液強 而且活性細胞的添加進一步增加其極化性。

金屬進入鈍化態的穩定性與鈍化電流密度 I P 相關 鈍化態下的陽極電流密度實際上是鈍化膜溶解速度的當量電流密度，鈍化膜的溶解速度越小。鈍化狀態下的陽極電流密度就越小 金屬在鈍化態的腐蝕速度就越小 從本實驗結果可以看出，在含有10 % 的小牛血清細胞培養液中 I P 均增加 這與金屬由活化態進入鈍化態的速度有關。金屬在含有10 % 的小牛血清細胞培養液中鈍化速度最慢，在金屬表面就形成了大量的蛋白質，氨基酸的生物金屬絡合物，這些絡合物的穩定性遠遠低于金屬氧化物，使得金屬在該腐蝕環境中形成的鈍化膜的穩定性較低 維鈍電流較高。但當添加活性細胞后 I P均降低，說明金屬表面形成的鈍化膜在添加活性細胞后穩定性增加，已有研究表明蛋白質影響金屬的腐蝕行為，在含有蛋白質的細胞培養液中。金屬的腐蝕受到很多因素的影響，如金屬的表面化學成分，蛋白質的吸附，各種氨基酸與金屬離子的反應，局部環境中陰極和陽級間電荷的轉移等。在本實驗中發現 3 種金屬在含有蛋白質的細胞培養液中耐腐蝕性均降低M.A.Khan [9] 等認為蛋白質可以以多種方式參加腐蝕反應，蛋白質可以和金屬離子聯結，并將金屬離子從金屬表面移走。從而加速了金屬離子的進一步溶解，蛋白質也可吸附在材料表面，從而阻止氧在金屬表面的擴散，而影響金屬鈍化膜的形成。這兩種反應都降低了金屬的耐腐蝕性能。

當活性細胞加入后降低了細胞培養液中蛋白質成分對合金的腐蝕行為的影響。活性細胞在代謝過程中需要蛋白質及氨基酸等生物活性分子，同時分泌和產生各種酶類，這些反應干擾了蛋白質，氨基酸等生物活性分子與金屬離子的反應。因此與其他兩種腐蝕溶液相比3種合金的腐蝕電位最低，且表面很快鈍化，使合金在該溶液中維鈍電流密度較低。

3.3 關于合金組成成分對耐腐蝕性的影響

Ti6Al4V 合金為 á+a 相合金 Ti75 與 TiZr 合金均為近 á 合金 一般認為 a 相合金具有較高耐腐蝕性能，而 Ti75 與 TiZr 合金表現的較優良的耐腐蝕性，是由于合金化元素 Zr 的添加 Zr 元素的溶解性低于 Al 和 V 元素。而且其在鈦表面形成的氧化膜為與鈦結合緊密的金紅石型結構，對底層的合金有很大的保護作用。由于 Ti75 合金中 Zr 含量較低 因此其耐腐蝕性能低于 TiZr 合金 對 Ti-13Nb-13Zr 合金的電化學研究實驗發現 Nb, Zr 元素的添加使鈦表面形成很強的保護性鈍化膜，不宜于產生化學性破解 從而使鈦合金表現出很低的溶解性 而且發現合金化元素形成的氧化物呈分離的束狀鑲嵌在鈦表面的氧化基質當中。

4、結 論

1) 鈦合金的生物腐蝕行為在接近人體生理環境的細胞培養液及活性細胞環境中，與在 0.9% NaCl溶液中有很大差異。因此單純用 0.9% NaCl 溶液對合金的體外生物腐蝕行為進行評價是不科學的。

2) 3 種合金在 3 種腐蝕液中均具有較高的耐蝕性。Ti75 合金與 TiZr 合金在生物環境中比 Ti6Al4V合金具有更高的穩定性。

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