文摘

几个适合高温奥氏体不锈钢应用程序,因为他们的高耐蚀性和优良的机械性能研究作为牙科生物材料使用。钢进行评估的电化学技术,如potentiodynamic极化曲线、循环极化曲线,测量开路电位和线性极化电阻。钢的性能评估在两种类型的环境:人工唾液和漱口水解决方案在37°C 48小时。为了比较的行为钢、钛在牙科材料常用的应用程序也在相同条件下进行测试。结果表明,试验钢的特点,可能会让他们有吸引力作为牙科生物材料的应用。内容的铬、镍和其他小的合金元素(钼、钛和Nb)确定不锈钢的性能。在人工唾液钢的腐蚀速率相同的数量级,钛和漱口水比钛更耐腐蚀。

1。介绍

生物材料是材料用于制造设备与生物系统相互作用和长期共存的服务以最小的失败。广泛用于修复或替换组件tissue-skeletal系统如骨头、关节、牙齿。合适的材料植入物是那些经历了身体和他们应该能够承受身体的循环加载在积极的环境中。金属和合金被广泛用作生物材料提供所需的机械强度和耐腐蚀性能。生物材料通常是由这三种类型的材料之一:奥氏体不锈钢,chromium-cobalt合金、钛及其合金。

口腔环境适用于腐蚀产物的形成。口腔是湿的,不断地暴露于温度波动。食品和饮料导致环境化学重要的变化。食品和液体摄入含有大范围的博士期间发布的食品的分解。食品仍然经常坚持顽强地金属修复提供本地化条件有利于加速反应之间口头媒体和金属或合金(1]。任何金属的基本条件之一,用于口腔是他们不应该产生腐蚀产物对人是有害的。金属腐蚀是一个化学或电化学过程由普通物质攻击,导致部分或完全溶解,恶化和弱点。金属腐蚀造成灾难性的解体。一些金属元素是完全安全,但可以形成危险的离子,甚至有毒的化合物。此外,合金的降解应受到限制,以保证其生活(2]。各种硫化物如硫化氢或铵化合物腐蚀银、汞、和类似的金属汞合金。水、氧和氯离子在唾液和导致腐蚀攻击。各种酸的存在如磷酸、醋酸和乳酸会导致腐蚀环境中适当的浓度和pH值。特定的离子可以发挥重要作用在某些合金的腐蚀;例如,氧和氯离子参与汞合金的腐蚀牙接口和合金。因此,重要的是要考虑使用的材料具有高耐蚀性为了承受口腔的环境。

钛和钛合金被广泛用于多种生物医学应用由于其低密度、良好的生物相容性,耐蚀性和力学性能。完全处于被动状态,这些合金不稳定,在某些情况下钝化膜分解产生局部腐蚀。这个错误调用修改材料表面增加腐蚀和耐磨而不影响他们的机械性能3]。奥氏体不锈钢、特殊类型AISI 316 l,植入物是应用最广泛的钢材,包括矫正治疗因其成本低、易于制造,如果比钴铬和Ti合金焊接。耐蚀性是最重要的奥氏体不锈钢的特点由于铬钝化膜的形成₂O₃在其表面4,5]。316 l不锈钢类型有一个可接受的耐腐蚀性能,生物相容性,强度和抗疲劳性,使它成为理想的材料作为生物材料(6]。

近年来,已经有了快速的利用率增加氟预防凝胶和牙科学领域的漱口水。氟化的负面影响对钛及其合金的腐蚀(早些时候报道7- - - - - -9]。同样,氟离子是积极的离子,降低保护氧化层上形成一个不锈钢的表面(10]。另一方面,许多漱口水含有氟离子和过氧化氢,因此生物材料的腐蚀性能影响可以结合这两个化合物的存在。消毒冲洗与antiplaque常用,anticaries,抗菌,美白属性。生物材料和各种周围组织可能会接触到每天消毒冲洗几分钟,这取决于使用的习惯。

本研究的目的是评估不同奥氏体不锈钢的腐蚀行为被广泛利用在腐蚀性环境中高温牙科应用在人工唾液和漱口水解决方案包含氟化钠和H₂O₂。使用传统的电化学技术进行了研究。

2。实验的程序

2.1。材料

不锈钢分为五个家庭,每个都有自己的组织,合金元素和特定的机械性能。这些不锈钢被归类为铁素体,奥氏体,双,马氏体沉淀硬化。特别是,奥氏体钢不锈钢最大的家庭;他们不能通过热处理硬化,无磁性,具有面心立方结构;除了他们有优秀的韧性和良好的焊接性。六种不同的奥氏体不锈钢在腐蚀性环境中广泛使用在高温下进行评估。表1显示了材料评估和化学成分的限制,建立了ASTM A213 / A213M [11]。从表1的内容可以看出,C, Mn, P, S,如果是相同的,然后可能是不锈钢的性能是基于内容的铬和镍或其他次要的元素(Mo、Nb和Ti)。出于比较目的商业纯钛(CP-Ti等级1)也被评估。

2.2。样品制备

测试标本切成方块5.0×5.0×3.0毫米使用金刚石刀片。电气连接,标本点焊Ni20Cr线,然后安装在热固性树脂。样品表面显微抛光;磨削过程始于120 -勇气砂纸1200 -勇气砂纸。抛光后,材料是用蒸馏水洗净,用乙醇超声波浴后10分钟。在这种情况下使用的材料作为工作电极(我们)。

2.3。腐蚀电解质

最重要的流体在口腔环境中是自然的唾液。然而,天然唾液的不稳定的性质使得它不适合在体外研究,而是使用人工唾液。在这个工作材料的腐蚀性能评估在人工唾液Duffo和Quezada-Castillo[提出的12]。表2人工唾液的化学成分报告。同样,材料在漱口水广泛用于卫生评估目的。漱口水的化学成分报告的制造商表示,它包含水、酒精8.8%,山梨糖醇,过氧化氢2%,氟化钠0.022% (100 ppm de氟),盯住氢化蓖麻油、糖精钠0.119%,三氯蔗糖,磷酸,磷酸二钠,407年泊咯沙姆,味道,和薄荷醇。测试条件是pH值6.5和37°C温度,相当于人体的温度。

2.4。电化学测试

进行电化学试验使用一个ACM仪器零电阻安培计(ZRA)耦合到个人电脑。典型的三电极装置使用的参比电极(重新)是一个饱和甘汞电极(南加州爱迪生公司,0.242 V和她)和反电极(CE)是一种高纯度石墨棒(Pt不能使用,因为它分解H₂O₂)。文本中描述的所有潜力相对于南加州爱迪生公司,除非规定不同。解决方案在细胞的体积是100毫升,下面推荐V / ASTM规定g31 - 90 (13]。确定材料的耐腐蚀,腐蚀电流密度()计算potentiodynamic极化测试从1500−400 mV mV与开路电位(继续根据标准ASTM g5) - 94 (2004) (14继续]和ASTM g - 3 - 89 (2004) (15]。这些测试可以确定腐蚀电位和腐蚀速率塔菲尔外推法的斜坡上的曲线。所有材料,potentiodynamic极化测试进行的扫描速度1 mV / s。在开始测试之前,样品稳定了20分钟。电流密度值()和阳极和阴极的斜坡和腐蚀电位()考虑采用塔菲尔外推法计算推断潜在±250 mV在腐蚀电位的值()。

循环极化技术是用来评估点状腐蚀电阻的材料测试根据ASTM F2129-01 [16)和ASTM g3 - 89 (15]。工作电极的稳定自由腐蚀电位的一个小时,然后一个潜在的扫描(0.166 mV / s)是由阳极的方向,直到达到预定值的潜力。在这一点上,扫描方向逆转,直到磁滞回线关闭。评估的能力不同的材料的表面形成保护性氧化物规模在沉浸在模拟体液环境中,自由腐蚀电位作为时间的函数的工作电极测量和SCE 50小时。线性极化曲线得到的偏振标本−30 - 30 mV对自由腐蚀电位值,,扫描速度10 mV /分钟;测量了50个小时。测试后,分析了腐蚀标本在DSM 960年卡尔蔡司扫描电子显微镜(SEM)。

3所示。结果与讨论

3.1。Potentiodynamic极化曲线

图1材料显示potentiodynamic极化曲线评价在人工唾液在37°C。它可以观察到,钛具有高贵的和不锈钢最活跃,但在上面的潜力,不锈钢pseudopassivation区较低的潜力。高于其腐蚀电位、钛显示了一个被动的地区从250 mV 1200 mV;这是由于保护TiO的增长₂层表面。不锈钢展示几乎相同的态度。小变化在不锈钢可能对应于其化学成分的变化。通常可以看出其腐蚀电位以上钢显示趋势减缓腐蚀通过增加应用的潜力。这一趋势似乎对应试图开发一个被动的地区因为Cr的形成₂O₃在其表面保护膜。扩展这个明显的被动行为是不同的每一个地区。在被动的地区突然增加是观察到的电流密度对应钢的表面出现点蚀。活跃地区的极化曲线是由于样品的电化学反应在电解液中,形成多孔的或有缺陷的氧化层,而被动的地区与一个或多个保护性氧化膜的形成。

特别是钢309 - h清楚地显示了保护层的分解和repassivation到达其点蚀潜力。其他钢没有显示出这种趋势。这可能是因为一个潜在的1 mV / s应用;可能慢扫描率(0.167 mV / s)可以定义的被动地区和更精确的值使其潜在的利益和其他参数生物材料。是指出,316 - h钢,321 - h和347 - h,添加钼、钛、和Nd的材料明显钝化区域位于更高的电流密度比那些只包含铬和镍(304 - h, 309 - h和310 - h)。一般来说,不锈钢显示腐蚀率最高,更耐腐蚀的材料是钛。表3显示了电化学参数从极化曲线如图1。

图2材料显示potentiodynamic极化曲线评价在漱口水37°C。钛显示最活跃但很快就发展一个被动区在阳极电位。不锈钢有类似的值显示出比这更均匀的行为观察在人工唾液(图1)。此外,他们的阳极分支几乎是相同的与一个被动的地区在850年和1050年之间mV。小变化观察到对应于每个材料的化学成分的差异。不锈钢显示较低的腐蚀速率和最高的钛。表4显示了电化学极化曲线的参数获得的人物2。

虽然不锈钢具有相同的趋势,图上的特殊地位和特殊的电化学参数值取决于它的化学成分。因此在图3铬和镍含量的影响值显示在图4铬和镍含量的影响值也显示。铬和镍值绘制在这两个数字对应于这些元素的最小含量根据ASTM A213不锈钢/ A213M-04(表1)。

在人工唾液(图3(一个))316 - h钢,309 - h, h和310 -显示Cr含量在16%以上,钢,成为更高尚。然而,304 - h钢,321 - h和347 - h是这一趋势,显示出高贵的有一个Cr内容17 - 18%。这种差异与倪关联这些钢(图的内容3 (b))。它是观察到,这些钢镍含量较少表现出高贵的。然而,倪内容之间的差异304 - h钢,321 - h和347 - h不证明这样一个他们之间的显著差异值。这可以解释,因为钢321 - h和347 - h包含Ti和Nb,分别添加稳定化元素。Nb似乎有有利的影响347 - h钢,其次是钛钢321 - h。这是根据图符合Ti的行为1在那里指出,德州仪器有一个高贵的比不锈钢。

图4(一)显示了一个直接的铬不锈钢的内容和腐蚀速率之间的关系。钢具有更高的Cr含量小的值。也见过,在特定情况下的316 - h和321 - h钢,高值比钢有类似内容的铬和镍347 - h和304 - h钢。在这些情况下,这些钢包含额外的元素,如莫的316 - h和Ti的321 - h如表所示1。这表明这些元素的结合带来的损害这些钢的耐腐蚀性能在人工唾液环境。此外,它是指出,尽管347 - h包含Nb,它并不显著影响钢的耐蚀性。关于倪内容类似的趋势作为Cr描述观察到的内容。因此,可以建立腐蚀电位()的不锈钢铬和镍含量的影响。Cr有有益的影响钢镍含量较低的被动行为。额外的稳定元素Nb、Ti等有更大的影响比的增加铬的浓度。另一方面,钢的腐蚀速率()直接相关的内容铬和镍合金。较高含量的两个元素增加了耐腐蚀;然而,密苏里州和Ti负面影响耐蚀性。

在漱口水(图3(一个))明确影响铬不锈钢的内容是观察到的值。较高含量的铬在钢高贵的腐蚀电位。然而,观察镍(图的内容3 (b)),仅在304 - h钢,309 - h和310 - h,更大的趋势镍含量较高。347 - h钢,321 - h和316 - h,这一趋势并不遵循。检查后期钢的化学成分可以看出它们包含Nb, Ti,分别和密苏里州。然后添加莫产生更大的影响在减少316 - h钢的铬和镍含量高(相比321 - h和347 - h),其次是Ti 321 - h(相同内容的铬和镍347 - h)。这与极化曲线的结果是一致的,这是观察到Ti表现出更积极的行为(图2)。

关于他们的腐蚀速率,人物4(一)显示了一个不锈钢的Cr含量之间的直接关系,腐蚀速率。钢有较高含量的铬低值。关于镍的影响,图4 (b)表明在304 - h钢的情况下,309 - h, h和310 -有一个链接(没有标记为Cr)之间的高镍含量和低。316 - h钢,321 - h和347 - h的趋势并不遵循。这可能是由于莫的内容,Ti, Nb的耐腐蚀性能产生负面影响。因此提高Cr和倪内容倾向于高贵的行为(),效果与增加Cr大;添加钼、Nb和Ti导致更积极的行为。最糟糕的表现是因为钛观察到氟离子的存在和H₂O₂有一个负面影响腐蚀速率。众所周知,氟离子的存在会导致表面电影变得不那么稳定,最终电影可能发生的故障17]。另一方面,H₂O₂原因解散钛,金属表面形成的氧化钛,钛催化作用和分解过氧化(18]。

3.2。循环极化曲线

因为任何材料或合金提出了作为生物材料必须表现出优异的耐局部腐蚀,循环极化测量进行为了确定的趋势时发生点蚀和缝隙腐蚀的合金浸在电解质的解决方案。一块潜在的和电流密度的对数显示材料进行局部腐蚀的倾向。正向和反向扫描之间的差异导致磁滞回路。如果电流密度在反向扫描高于正向扫描在任何潜在的(积极的磁滞回线),循环下的面积表示发生局部腐蚀,材料的数量。相反,如果反向扫描时的电流密度小于,向前扫描在任何潜在的(负磁滞回线)显示高耐局部腐蚀。两个重要的潜力也用来描述磁滞回线,点蚀成核或击穿电压()和保护电位()。被定义为潜在的点蚀和缝隙腐蚀或将启动和传播和阳极极化曲线表现为突然增加电流密度在被动区结束的地方。点蚀的特点是快速增加潜在的电流与一个非常小的变化。这种潜在的上方,坑发起和传播。增加抗点蚀的转变有关高贵的值。被定义为潜在的正向和反向扫描相交。在这个潜力,局部腐蚀停止和当前显著减少。这个值总是低于值(19]。数据5和6显示循环极化曲线测试材料在人工唾液和漱口水解决方案,分别。一般来说通过增加阳极极化,阳极膜的形成和修复。然而,不可逆转的钝化膜显然是被突然增加的电流密度。合金成分的差异影响了极化和测试材料的钝化行为。

图5表明在人工唾液的阳极支循环极化曲线的所有材料展品的一个主动-被动转型。众所周知,通过增加阳极极化几个过程可能发生在材料的表面,即阳极膜的形成和修复,水氧化导致electrogenerated氧气泡沫,气体逸出的氧化反应的实体(例如,Cl₂通过2 cl生产⁻ Cl₂+ 2 e⁻),破裂的发病关键潜在(20.]。Ti、310 - h和321 - h钢显示最大的被动区相比,不锈钢的其余部分所示。304 - h, 309 - h, 316 - h和347 - h钢表现出被动与轻微扰动区。根据其他的研究报告,这些干扰是由于创建的分解和再生的被动层形成21- - - - - -23]。passive-pitting区()、Ti、310 - h和321 - h钢显示缓慢增加潜在的电流与一个非常小的变化。然而,其余的不锈钢显示突然增加;这表明一个更大的增长的磨损和传播。钛具有较高的耐局部腐蚀,因为反向扫描时的电流密度低于向前扫描。然而,不锈钢显示仍在积极的磁滞回线和反向扫描电位低于腐蚀电位。只有304 - h和316 h钢向前扫描显示一个十字路口,但附近的一个潜在的腐蚀电位。这些特征表明高易感性在人工唾液不锈钢的点蚀。

图6表明,钛更积极的行为和321 - h的高贵的漱口水的解决方案。Ti显示最大的被动区,接近它(约930 mV)。另一方面,不锈钢显示类似的行为;一个小被动区观察到势远离其腐蚀电位。的值显示细微变化值在1000 - 1070 mV。类似的行为有值约850 - 900 mV。在所有情况下,缓慢增加当前潜在后观察到的一个小变化区。这表明,在漱口水解决方案中,斑的生长和传播都是不到这些观察在人工唾液。

为了确定化学成分的影响的不锈钢的点蚀电位图7显示了铬和镍含量的关系价值。铬和镍含量最低的ASTM A213 / A213M报道策划。很明显,效果更加明显比观察在人工唾液漱口水的解决方案。在人工唾液可以看出蚀电位增加通过增加铬的内容。然而,347 - h, 316 - h, h和321 -铬含量低,不显示相同的行为。这是因为Nb、钼,钛含量影响蚀电位。效果更为明显的钛;即添加钛钢321 - h赋予它更大的抗点蚀比添加莫316 - h。另一方面,观察到镍含量也影响到蚀电位。在这种情况下,铌、钼含量没有显著的影响; however, the titanium content shows a marked effect. In mouthwash solution, it is observed that by increasing chromium and nickel content the pitting potential shows a slight increase, and in this case, Nb, Mo, and Ti content have not a significant influence.

3.3。免费的腐蚀电位曲线

建立生物材料的化学交互作用与体液环境是必要的为了了解人体的稳定性。给出了一个相对热力学评级的金属或合金在给定的环境中。上升的在积极的方向上表明钝化膜的形成,和一个稳定的表明这部电影依然完好,保护,但一滴负方向指示休息在影片中,溶解的电影,或者没有膜的形成24]。数据8和9显示的变化作为时间的函数值对材料进行人工唾液和漱口水解决方案,分别。

根据上述概念,可以看出Ti显示了一个被动的行为在人工唾液。在第一个2小时,Ti显示显著增加的值,然后缓慢增加,直到测试结束。这种被动的趋势的形成是由于其表面上的保护层。不锈钢显示一个活跃的行为;特别是309 - h, 316 - h, h和321 -显示一个更稳定的行为相比,304 - h, 310 - h和347 - h。304 - h和347 - h钢显示突然减少的值在20到27小时的测试,分别,然后它的增加值。310 - h钢显示持续增量和衰减值在整个测试和45小时后只显示一个稳定的趋势。突然下降值可能是由于这些材料的磁化率在chloride-rich点状腐蚀环境中,但很明显,在所有情况下,材料展览立即自愈倾向的被动层。合金的被动依赖于利率的几个流程;如氧化形成在金属/氧化物界面,离子传输过氧化物和氧化物的溶解氧化/电解液界面(25]。钢321 - h值非常类似于Ti。316 - h钢更高尚值;这预计因为莫钢铁的存在提供了更大的抗腐蚀chloride-rich环境。

在漱口水,Ti显示比这更积极的行为观察在人工唾液。后第一个小时Ti显示了一个轻微的下降值,然后稳步上升,直到测试结束。容易成为钛的氧化膜覆盖并且没有解决方案的pH值从3.5到7.5不等。然而,最初的行为可以解释,因为氟化物离子引起的局部腐蚀和保护膜的部分溶解。随后的被动趋势可以解释观察到的综合效应的氟化物离子有机活性成分的漱口水的解决方案,因为它被建议(25]。不锈钢显示passive-active行为漱口水的解决方案。一个活跃的趋势中观察到第一个45小时,随后一个消极的趋势。310 - h显示高贵的行为,不断增加的值直到20个小时的浸泡,然后降低到35小时,最后一个持续增加。这种材料包含的最高含量的铬和镍不锈钢评估。对于不锈钢,有趣的是要注意,观察到的趋势漱口水是完全相反的趋势值观察在人工唾液(图8)。钢在人工唾液漱口水显示显示高贵的行为最活跃的行为,反之亦然。密苏里州和Ti似乎不是有利于获得更高尚值在不锈钢。

3.4。线性极化曲线

一旦确定,极化电阻的计算需要知识的塔菲尔常数,这些常数确定实验的极化曲线。然而,在缺乏塔菲尔常数的值的情况下,有时用一个近似,预期的计算值的误差应小于两倍(26]。当极化电阻的值在同一数量级,有必要使用更精确的这些常数的值来执行一个可靠的分析结果(27]。的进展通过线性极化测量随着时间的推移,材料评估在人工唾液和漱口水的解决方案是显示在图10和11。从极化电阻测量得到的数据使用Stern-Geary表达式: 在哪里和值是那些报道在表3和4。

可以看出,在人工唾液在第一个35小时,材料常数波动的值,然后一个稳定的行为(图显示10)。这个性能是一致的观察测量,一个主动-被动状态。Ti显示突然增加的值在第一个两小时,然后稳定衰减直到测试结束。这可以解释,因为解散被动层然后钛表面的自愈。卓越的钛生物材料是由于被动层表面形成保护它从电化学攻击在人体内。这一层是由非晶态钛钛的氧化物₂O TiO₂,变厚度介于0.5和10 nm根据治疗,表面抛光,腐蚀介质,等等28- - - - - -30.]。据报道,钝化层形成自然几毫秒后与氧气接触的介质(31日]。不锈钢表明,在长时间浸泡试验,最低的值304年展出- h, 309 - h,和347 - h,更高值显示到316 - h - h和321 - 310 h,拥有相似的Ti的测试值。

图11显示值材料漱口水的解决方案。所有资料显示一个更稳定的行为比在人工唾液展出。Ti显示它的增加值在第一个小时,然后稳步下降,直到测试结束。根据值,不锈钢的耐腐蚀性能是按照以下顺序:310 - > 304 - > 309 - > 321 h≈347 - h > 316 - h。这意味着与钛钢,Nd,或莫腐蚀速率最高。

图12显示了平均值对应的最后5个小时测试每个材料根据其最低含量的铬和镍在ASTM A213 / A213M报道。

在人工唾液可以看出不锈钢的耐蚀性随铬和镍的内容。钢316 - h和321 - h不遵循这一趋势;都表现出较高的腐蚀速率比预期的根据他们的铬和镍的趋势估计内容。两个钢包含额外的元素,如莫(316 - h)和Ti (321 - h)。这表明,这些因素的存在会导致损害在人工唾液环境中耐腐蚀。另一方面,347 - h钢还包含一个额外的元素(Nb)和它的存在并不影响耐蚀性。类似的结果在potentiodynamic极化测试。然而在这种情况下,铬和镍含量的影响是相反的观察potentiodynamic极化测试。

虽然在研究腐蚀过程中电化学方法是非常有用的,无法提供足够的信息来说明系统的机制研究。因此使用互补的技术已经被提出过,也就是说,扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES),其中为了澄清攻击的形态和化学成分和分布的元素。结合这些方法提供的信息对于理解表面的反应发生(32]。因此,在这项研究中工作电极的表面用扫描电子显微镜(SEM)研究了为了澄清形态的攻击。图13显示了钛的肤浅的方面和310 - h和321 - h后不锈钢腐蚀试验在人工唾液。

表面钛腐蚀试验后所示显示了一个表面光滑的存在轻微的凹陷。坑位置与线产生的表面处理。这符合研究表明任何缺陷在材料表面可以修改其耐点蚀(33]。特别是一个很好的表面光洁度提高材料的耐腐蚀性能和移动其蚀电位阳极电位值。表面粗糙度和残余应力的存在改变电化学反应(34,35]。此外,尽管植入的粗糙度促进更好的固定,这是不利于假牙的元素,因为它促进了生物膜的形成导致的炎症组织(36]。

310 - h钢的表面显示了条纹表面是由表面处理过程和一些坑与这些线有关。相似的特征显示了不锈钢304 - h, 309 - h和347 - h。在后一种观察钢Nd-rich沉淀的存在但是他们并没有影响其耐蚀性。小坑可以由于MnS合金颗粒。它已经证明了MnS夹杂物执行作为斑(启动网站37]。321 - h所表现出的表面不锈钢表明额外的存在所观察到的腐蚀过程在310 - h不锈钢。在这种情况下,存在Ti-rich沉淀作为阴极网站支持Fe-Cr-Ni矩阵的腐蚀。在该地区有界的虚线圆图所示13,大萧条Ti-rich粒子引起的腐蚀过程由anode-cathode可以看到。在一些地区这种腐蚀过程Ti-rich粒子的分离造成的。类似的外观观察Mo-rich沉淀在316 - h不锈钢。Nd-rich沉淀的存在这一事实观察347 - h不锈钢并不增加其腐蚀速率可能是因为的阶段anode-cathode一对有类似的腐蚀电位。

Fe-Cr-Ni的奥氏体不锈钢是合金,除了铬已改善其耐蚀性。镍是基本置换元素用于在所有温度下奥氏体稳定。通常,合金元素,间质如C或N或置换如钼、锰、钛、Nb,用于获取所需的属性。然而,添加合金元素往往导致碳化物的形成,氮化物、金属间化合物的化合物。钼铁素体稳定器,它还促进碳化物析出。稳定元素,如Nd和Ti大大提高奥氏体不锈钢的抗蠕变强度,主要由沉淀细碳化物颗粒内的。这些阶段并不总是可取的,因为他们可以引起机械或化学性质的恶化。氮是一种强大的奥氏体稳定剂;它可以像碳稳定不锈钢沉淀的形式的钛或铌氮化物[38]。可以说,被动的奥氏体不锈钢来自所表现出的高耐蚀性中的铬(III) oxide-hydroxides钝化层。形成不溶性铬铬₂O₃,从而防止铁的溶解。据报道,在解决方案包含氯离子镍很少观察到在不锈钢的钝化膜,比Cr和NiO不太有效₂O₃在锚定水分子和复杂的物种形成羟基离子(39]。

然而,结果显示(图所示12和13),很明显,不锈钢镍含量的增加会导致腐蚀速率的增加。这可能是由于存在被动(Cr NiO层₂O₃)。这产生缺陷的存在有利于氯离子的攻击。据报道,在NiO形成合金,氯离子迁移可以通过钝化层取代水和羟基聚集在金属氧化物界面导致局部腐蚀(10]。

图12表明在漱口水解决方案不锈钢的耐蚀性随其铬和镍的含量但钢316 - h和321 - h不服从这一趋势。两个钢腐蚀速率高于预期根据铬和镍的内容。两个钢包含额外的元素,如莫(316 - h)和Ti (321 - h)。这表明,这些因素的存在导致人工唾液环境中的耐蚀性的损害。然而,347 - h还包含一个额外的元素(Nb)和它的存在并不影响其耐蚀性。在人工唾液中解释说,这可能是因为的阶段anode-cathode一对有类似的腐蚀电位。类似的结果在potentiodynamic极化测试。然而在这种情况下,铬和镍含量的影响与观察potentiodynamic测试。这些分析表明,材料的腐蚀行为定义更多的持续长时间测试。快速测试potentiodynamic极化曲线是一个工具,使我们能够建立一个相对耐腐蚀材料,但最初的趋势可能会改变在长时间曝光,因为腐蚀过程中可能会导致当地化学电解质的变化使环境更加咄咄逼人。 Another consideration in long time tests is that changes occur when the residence time is long enough to reach a material-electrolyte thermodynamic equilibrium between the actual dynamic variables (,)和腐蚀过程。

图14显示了钛的表面方面,310 - h, h和321 -不锈钢腐蚀试验后漱口水的解决方案。钛的表面显示显示与孤立的坑表面均匀的表面。

310 - h钢表面观察到显示表面与孤立的局部腐蚀与表面线是由样品制备过程。类似的问题显示了304 - h和309 - h钢。不锈钢321 - h所表现出的表面显示大孔隙的存在留下的空间对应Ti-rich沉淀的超然。类似的特性观察306 - h和347 - h钢。这表明存在沉淀物含有钛、钼,Nd充当阴极网站促进腐蚀Fe-Cr-Ni矩阵。

众所周知,生物环境可以为金属材料是非常积极的,因为一些离子会导致局部腐蚀比其他人更加有利。被动层材料表面形成氧化通常被认为是由一个内部层,阻挡层抑制阳离子转移,外部氢氧化作为一个与电解质交换层。另一方面,被动的材料取决于离子腐蚀介质中。在这个意义上可以说,积极的离子可以被归类到两个类的性质取决于周围的水化壳。Chaotrope离子离子物种被称为水上构筑物破坏离子;他们通常是大型和生成弱周围电场,拥有一个宽松的水化壳可以很容易地删除。chaotrope离子能够发起点蚀(即。,Cl⁻)。另一方面,cosmotrope离子离子物种被称为water-structure-making离子和他们表现出高表面电荷密度产生电场,在比较短的距离,这样他们在附近能够绑定水分子比水本身更强烈。cosmotrope离子不失被动层,因此不发起点蚀(即。F⁻)[20.]。这表明表面特征的病例观察到,不锈钢的漱口水的存在主要是由于anode-cathode腐蚀产生夹杂物和Fe-Ni-Cr矩阵。

一般来说,被动的奥氏体钢的高耐蚀性表现出的铬(III) oxide-hydroxides中钝化层。认为铬形成不溶性Cr₂O₃防止铁的溶解。然而,氟离子的加入导致表面电影变得更不稳定。氟离子被激进的离子,降低氧化防护层在不锈钢表面形成的。metal-fluoride分子的复杂地层在合金表面可以减少潜在的范围被动和氧化膜的进一步增长是阻碍金属溶解成为占主导地位的电化学过程(10]。在氟离子的存在,Cr的解散₂O₃可能是由于以下反应: 阳极膜的形成和修复可以根据反应: 然而,不锈钢的腐蚀性能也是影响H的存在₂O₂漱口水的解决方案。在许多氧化剂过氧化氢(H₂O₂)是非常独特的。它有活性氧含量高(47%)和生产水作为唯一的副产品(40,41]。H之间的反应₂O₂和不锈钢的Cr 与钛,据报道,其腐蚀的一个解决方案与氟离子是肤浅和过渡,因为被动层上创建钛表面将迅速(42]。氟化的负面影响对钛及其合金的腐蚀(早些时候报道7- - - - - -9]。氧化钛的表面由一个薄层(2 - 6海里),主要由TiO组成₂,它的腐蚀是由于蚀变的钝化氧化膜43]。TiO₂攻击的钝化膜破坏的氟化物离子通过可溶性Ti-F复杂化合物的形成,气管无名动脉瘘管的[₆]²⁻形成可溶性盐(44- - - - - -46]。一旦Ti的被动氧化层被氟化攻击,被动氧化层的再生率是溶解氧浓度的函数(17]。在氟离子的存在,解散Ti被动层可能是由于以下反应: TiO的阳极膜的形成和修复₂可以根据反应: 当钛带接触H₂O₂两种现象将在金属界面:(i)的Ti-catalyzed分解过氧化氢和(2)金属的腐蚀将涉及金属溶解到电解液,氧化钛的形成。这种氧化厚比的一个通过简单的浸金属盐的解决方案类似的时期,由两层组成:一个外层高度多孔和羟化和内层,更薄和绝缘特性(18]。H之间的反应₂O₂和钛(47] 因此,增加和减少值在数据9和11可能是由于H的存在吗₂O₂。因为H₂O₂是一种强氧化剂,其在漱口水的解决方案可能有一些影响钝化膜形成的属性上。可能转移到积极的方向观察到类似的研究,这是归因于一个增强的氧化膜生长速率(47]。

4所示。结论

在人工唾液Potentiodynamic极化测试表明,不锈钢的腐蚀速率高于钛。然而在漱口水的行为被撤销。一般是在短期内观察到测试耐腐蚀不锈钢增加而增加铬和镍的沉淀(Ti-rich、Nd或Mo)增加了腐蚀速率。

在人工唾液不锈钢具有高敏感性凹陷及其蚀电位增加铬的含量增加,镍和钛。在漱口水钢的点蚀潜力略受铬和镍的内容没有观察到Ti的存在重要影响,密苏里州和Nd。

长期在人工唾液测试表明,钢的耐蚀性降低,增加其内容的铬和镍的沉淀丰富的Ti和密苏里州增加了腐蚀速率。漱口水的耐腐蚀钢增加而增加内容Ti的铬和镍,但沉淀,密苏里州,Nd增加其腐蚀速率。沉淀阶段功能类似于阴极有利于腐蚀Fe-Cr-Ni矩阵作为阳极。以上,直到发生沉淀分离离开大孔隙表面上。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者承认的支持c i Alvarez-Alvarez(西班牙著名de Zacatepec)在他的专业住宅研究院Ciencias Fisicas-UNAM。财政支持Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia (CONACYT、墨西哥)(198687项目)。