醫用鈦的腐蝕性能分析

鈦是熱力學上的不穩定金屬，致鈍電位較負，標準電極電位為-1.63V。 因此，在大氣和水溶液中易形成一層具有鈍化性質的氧化膜，耐腐蝕性較好。

　鈦合金發生SCC是環境、應力和材料三個因素共同作用的結果。SCC具有高度的選擇性,只要是改變上述三個因素中的任何一個,SCC就不會發生。

　　1）環境

　　(1)介質

　　鈦合金可能在許多水溶液、蒸餾水、有機溶液和熱鹽等多種介質作用下發生SCC。在不同介質中SCC機制不一樣。

　　(2)pH值

　　pH值對鈦合金SCC的影響還有相當大的分歧。一般情況下,隨著pH值增大,鈦合金的SCC敏感性減小,當pH值為13-14時,往往可抑制SCC。但在發生SCC變化的局部裂紋前段甚至可以形成PH值2-3的強腐蝕環境。

　　(3)電位

　　電位對SCC程度的影響是至關重要的。合金與介質組成的腐蝕體系不同,其SCC敏感電位就不同。如B-鈦合金在含有鹵化物的水溶液中,當電位在-600mV附近時,SCC加重;在過鈍化電位下,裂紋也要產生;但在低于-1000mV電位下則未出現裂紋。在含Cl-和Br-的水溶液中,Ti8Al1Mo1V的SCC敏感電位為-500mV—-600mV。而在含I-的水溶液中,0mV以上是敏感電位區。

　　(4)溫度

　　溫度是影響鈦合金產生SCC的重要因素之一。一般而言,溫度升高,SCC敏感性增大。在300 - 500℃的熱鹽-空氣環境中,Ti6Al3Mo2Zr0.5Sn合金的應力腐蝕在450℃以上對SCC更敏感。加有一定量Pd或Mo的Ti6Al4V合金在H2S+CO2+NaCl+S的溶液中,200℃時的SCC敏感性比250℃時要小。但在人體植入的材料對溫度的敏感性有限。

　　(5)Cl離子濃度

　　溶液中的Cl-濃度越高,其SCC敏感性越大。

　　2）應力

　　合金在冷加工、鍛造、焊接、熱處理或裝配過程中產生的殘余應力所造成的SCC事故占整個SCC事故的40%。此外,工作時產生的外應力或由于腐蝕產物的體積效應而造成的外應力或由于腐蝕產物的體積效應而造成的不均勻應力等,都是產生SCC的應力來源。應力水平越高,出現SCC的時間就越短。

　　3）材料

　　在同一環境介質中,如果材料的化學成分、偏析、組織、晶粒度、晶體缺陷、性能、熱處理以及表面狀態等不同,其應力腐蝕行為和程度也不同。鈦合金中加入少量的Pd、Mo或Ru都能減輕其應力腐蝕敏感性。經峰值時效處理的Ti6Al4V和Ti15V3Cr3Al3Sn合金的SCC敏感性高于退火態。當Ti6Al4V合金中的氧含量低于0.13%,可大大降低SCC敏感性。