تجزیه و تحلیل خواص خوردگی مواد تیتانیوم پزشکی

به عنوان یک ماده کاربردی مهم، تیتانیوم پزشکی به دلیل مزایای چگالی کم، استحکام ویژه بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوب به طور گسترده در صنایع هوافضا، صنایع انرژی، تجهیزات پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود.

1. خوردگی تیتانیوم

تیتانیوم یک فلز ترمودینامیکی ناپایدار با پتانسیل غیرفعال شدن نسبتا منفی است و پتانسیل استاندارد الکترود 1.63- ولت است. بنابراین تشکیل یک فیلم اکسیدی با خاصیت غیرفعال کنندگی در اتمسفر و محلول آبی آسان است و مقاومت به خوردگی خوبی دارد.

1. مقاومت به خوردگی تیتانیوم در محیط های مختلف

مطالعه مقاومت به خوردگی مواد پزشکی بسیار مهم است. از یک طرف، برخی از یون‌های فلزی یا محصولات خوردگی مواد کاشته‌شده به بافت‌های بیولوژیکی نفوذ می‌کنند که می‌تواند واکنش‌های فیزیولوژیکی در درجات مختلف را ایجاد کند. از سوی دیگر، به دلیل وجود مایعات بدن، عملکرد برخی از مواد ممکن است به طور جدی تخریب شود و باعث آسیب سریع یا حتی نامعتبر شود. محیط بدن انسان نسبتاً پیچیده است که به احتمال زیاد باعث انحلال عناصر کمیاب و تغییر پایداری لایه اکسید می شود. اصطکاک جزئی می تواند درجات مختلفی از آسیب به فیلم غیرفعال سازی تشکیل شده روی سطح تیتانیوم را ایجاد کند. به عنوان مثال، در یک محیط فقیر از اکسیژن، پایداری لایه اکسید ضعیف می شود. در صورت آسیب دیدگی، نمی توان فوراً آن را تعمیر کرد یا یک لایه اکسید جدید تشکیل می شود و احتمال خوردگی آن را افزایش می دهد. این وضعیت در هنگام حرکات مکرر بدن انسان و استفاده از تجهیزات تقریباً اجتناب ناپذیر است. تغییر شکل پلاستیک وضعیت ساختاری مواد را تغییر می‌دهد و در نتیجه بر عملکرد خوردگی مواد تأثیر می‌گذارد. درجات مختلف تغییر شکل پلاستیک اثرات بسیار متفاوتی بر خواص خوردگی مواد دارد. در طی فرآیند تغییر شکل پلاستیک، تمرکز تنش داخلی باعث ایجاد نقص در سطح مشترک و دانه ها می شود. بنابراین، تغییر شکل پلاستیک مقاومت در برابر خوردگی مواد را ضعیف می کند.

2. مکانیزم خوردگی تیتانیوم

تیتانیوم یک عنصر انتقالی از گروه IVB است. از نظر شیمیایی فعال است و میل ترکیبی زیادی با اکسیژن دارد. در هر محیط حاوی اکسیژن، یک لایه غیرفعال متراکم به راحتی بر روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود. این فیلم غیرفعال سازی نازک است و ضخامت آن معمولاً از چند نانومتر تا ده ها نانومتر است. وجود فیلم غیرفعال کننده آلیاژ تیتانیوم باعث کاهش سطح انحلال فعال سطحی و کاهش سرعت انحلال می شود، بنابراین در برابر آسیب ناشی از انحلال مقاومت می کند. علاوه بر این، فیلم غیرفعال نیز می تواند به طور خودکار تعمیر شود و می تواند به سرعت یک فیلم محافظ جدید در هنگام آسیب تشکیل دهد. بنابراین تیتانیوم مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. اشکال خوردگی فلز تیتانیوم کاشته شده در موجودات زنده را می توان به خوردگی حفره ای، خوردگی تنشی، خوردگی شکافی، خوردگی گالوانیکی و خوردگی سایش و غیره تقسیم کرد.