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商品参数

人体环境中钛金属的腐蚀状况及特征
	曾用价	88.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2017年03月
	开本
	作者	徐玮辰，于菲
	装帧	平装
	页数	180
	字数	250
	ISBN编码	9787030522702

内容介绍
本书首先从腐蚀电化学的基础知识入手，结合医用钛金属的类型和人体内的应用现状，阐述钛金属在人体内腐蚀的基本概念和特点。其次，对钛金属腐蚀的研究及进展进行详细介绍，包括不同的研究方法、各种影响因素及腐蚀机理等。*后，对体内钛金属腐蚀防护措施进行了简述。本书涵盖了钛及其合金材料在人体内腐蚀及相应防护的核心问题。

目录
目 录
丛书序
丛书前言
序
前言
绪论 1
第1章 腐蚀电化学基础 2
1.1 金属在液相环境中的腐蚀 2
1.1.1 阴极和阳极反应 2
1.1.2 腐蚀过程中pH的变化 3
1.2 腐蚀的热力学基础 4
1.2.1 电化学反应序列表 4
1.2.2 E-pH图 5
1.2.3 阴极保护 7
1.3 腐蚀的动力学基础 7
1.3.1 电化学动力学 7
1.3.2 埃文斯图 8
1.3.3 开路电位 9
1.3.4 腐蚀速率的测量 9
1.3.5 物质扩散的影响 11
1.3.6 金属的钝化 12
1.4 典型腐蚀类型 12
1.4.1 点蚀 13
1.4.2 缝隙腐蚀 17
1.4.3 摩擦腐蚀 17
1.4.4 侵蚀腐蚀 17
1.4.5 大气腐蚀 17
1.4.6 晶间腐蚀 18
1.4.7 环境辅助的腐蚀裂纹 18
1.5 腐蚀控制策略简述 19
第2章 医用钛金属体内腐蚀概况 20
2.1 医用钛金属概况 20
2.1.1 生物医用材料概述 20
2.1.2 钛的本体性质 21
2.1.3 钛的表面性质 22
2.1.4 钛在生物医学领域的应用 23
2.1.5 常用的医用钛金属 26
2.2 钛金属腐蚀基本概念 30
2.2.1 钛腐蚀的电化学特性 30
2.2.2 Ti-H2O的普贝图 31
2.3 钛金属的腐蚀类型 32
2.3.1 均匀腐蚀 32
2.3.2 点蚀 33
2.3.3 缝隙腐蚀 34
2.3.4 微动摩擦缝隙腐蚀 35
2.3.5 摩擦腐蚀 36
2.4 钛金属体内腐蚀常用的研究方法 36
2.4.1 元素的痕量分析 37
2.4.2 X射线分析技术 38
2.4.3 显微镜法 40
2.5 钛金属体内腐蚀产物 40
2.5.1 钛离子 40
2.5.2 钛金属或氧化物颗粒/碎片 42
2.6 钛腐蚀产物对人体组织的影响 45
2.7 钛发生体内腐蚀的可能原因 47
参考文献 51
第3章 钛金属体外腐蚀研究方法 55
3.1 引言 55
3.2 研究方法 56
3.2.1 重量法 56
3.2.2 溶液分析法 56
3.2.3 电化学方法 57
3.2.4 扫描电子显微镜法 58
3.2.5 原子力显微镜法 59
第4章 环境酸度对钛金属腐蚀的影响 60
4.1 引言 60
4.2 介质pH对钛腐蚀的影响 60
4.3 HCl对钛金属腐蚀的影响 61
4.3.1 HCl的浓度和温度对钛金属OCP的影响 61
4.3.2 HCl的浓度和温度对钛金属阳极氧化的影响 62
4.3.3 HCl对钛金属表面形貌的影响 65
4.4 小结 67
参考文献 67
第5章 共存的无机物与有机物对钛金属腐蚀的影响 68
5.1 引言 68
5.2 H2O2对钛金属腐蚀的影响 68
5.2.1 表面形貌 68
5.2.2 H2O2的普贝图 72
5.2.3 电化学阻抗谱研究 73
5.2.4 动电位阳极极化与动电位阴极极化 78
5.2.5 溶液分析法 81
5.3 白蛋白的影响 82
5.3.1 动电位极化曲线 83
5.3.2 动电位阳极极化和动电位阴极极化曲线 85
5.4 胶原蛋白和纤维蛋白的影响 86
5.5 白蛋白与H2O2共存的影响 86
5.5.1 溶液分析法 86
5.5.2 表面形貌 87
5.5.3 OCP测试 88
5.5.4 动电位阳极极化和动电位阴极极化 90
5.5.5 静电位极化 91
5.5.6 浸泡实验 92
5.5.7 讨论 93
5.6 白蛋白与氟离子共存的影响 95
5.7 小结 99
参考文献 100
第6章 植入体周围环境中脂多糖对钛金属腐蚀的影响 101
6.1 引言 101
6.2 脂多糖对钛金属腐蚀的影响 102
6.2.1 电化学方法 102
6.2.2 溶液分析法 104
6.3 小结 111
参考文献 112
第7章 口腔细菌对钛金属腐蚀的影响 113
7.1 引言 113
7.2 研究方法 114
7.3 变形链球菌的影响 114
7.4 轻型链球菌的影响 117
7.5 内氏放线菌的影响 118
7.6 血链球菌的影响 120
7.7 小结 125
参考文献 126
第8章 真核细胞对钛金属腐蚀的影响 127
8.1 引言 127
8.2 中性粒细胞的影响 127
8.3 巨噬细胞的影响 132
8.4 成纤维细胞的影响 135
8.5 骨细胞的影响 137
8.6 小结 139
参考文献 140
第9章 微动摩擦缝隙腐蚀研究 141
9.1 引言 141
9.2 腐蚀研究装置的类别 141
9.2.1 摩擦腐蚀装置 143
9.2.2 微动腐蚀装置 144
9.2.3 微动摩擦缝隙腐蚀装置 145
9.3 研究装置机械参数的影响 149
9.4 多种化学物质对MACC的影响 151
9.5 小结 154
参考文献 155
第10章 钛金属腐蚀防护方法概述 157
10.1 新型钛合金的制备 157
10.2 表面改性技术 158
10.2.1 钛金属表面羟基磷灰石涂层改性 158
10.2.2 钛金属表面渗碳/渗氮改性 158
10.3 小结 159
参考文献 160

在线试读
绪　论
　　针对人体环境，钛及其合金被广泛地应用于生物医学器件、组件中，尤其是硬组织置换装置及心血管支架等。钛金属由于其弹性模量相对低、机械性能良好、力学性能接近人骨、抗腐蚀性能和生物相容性优异，成为多用途的结构金属。近十几年来，在我国国民经济的各个领域，特别是在航空、医疗、石油、化工等领域得到了越来越广泛的应用。自20世纪50年代以来，钛及其合金就开始被广泛地应用于生物医学领域。据报道，每年有1000t的钛被用作生物医疗器械和人体组织，仅在牙科领域就占了4500万美元的市场份额。在美国和英国每年进行约30万台髋关节置换手术，预计到2030年可能达到目前的170%。
　　从钛的工业价值、资源寿命和发展前景看，随着新的技术革命和工业革命的深入，钛的重要地位将日益突显，将成为继铁、铝之后崛起的“第三金属”。21世纪将是钛的世纪。钛的广泛应用为社会带来了巨大的经济效益，在人类生产生活中发挥着重要的作用，钛的研究及应用也将越来越引起各国的重视。
　　在几十年的应用中，钛及合金的优良性能都得到了比较充分的验证，但在近年来临床上报道的腐蚀现象却给人们提出了新的问题。在人体中，任何腐蚀问题都不容小觑，小则导致患者的疼痛和手术失败，大则危机患者的生命。然而，医用材料的腐蚀总量在材料腐蚀总成本中的占比较小，在刚刚结束的中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”中也非重点调查领域，因此其严重性常被忽略。本书把生物医学与腐蚀科学进行了有机的结合，有针对性地对人体典型服役环境中医用钛金属的腐蚀问题及特性进行了详细的梳理和讨论，并对医用钛合金材料腐蚀防护策略进行了阐述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，并引起人们对钛金属腐蚀问题的关注。
　　第1章　腐蚀电化学基础
　　1.1　金属在液相环境中的腐蚀
　　1.1.1　阴极和阳极反应
　　腐蚀是由于材料与周围环境的相互作用而导致的材料破坏现象，而腐蚀过程包括阳极氧化反应和阴极还原反应过程。当金属处于潮湿且有氧的环境中时，除了金等惰性金属之外，都会发生氧化。如果氧化表现为金属离子溶解到周围环境中，则这些反应一般被称为活性溶解过程。例如
　　（1-1）
　　（1-2）
　　另外，氧化还有可能表现为在金属表面生成一层保护性的氧化膜而使表面钝化，典型的钝化膜的厚度仅为几纳米（几个原子层）。例如
　　（1-3）
　　（1-4）
　　金属溶解与钝化两种情形均为金属的氧化反应（金属失去电子），被称为阳极反应。金属失去的电子，将被另一个反应所消耗，即为阴极反应。两种*为常见的阴极反应是水或氧气的还原反应。水的还原反应将导致氢的生成，而pH决定了水的还原反应过程如何进行。
　　酸性环境：
　　（1-5）
　　中性或碱性环境：
　　（1-6）
　　氧气的还原反应也由pH决定。
　　酸性环境：
　　（1-7）
　　碱性或中性环境：
　　（1-8）
　　这些还原反应或消耗氢离子，或生成氢氧根离子，因此都会导致局部pH的升高。由氧化反应生成的所有电子都要立即被还原反应所消耗，因此对于一块单独的金属，表面发生阳极和阴极反应的总速率必定是相等的，符合电中性原则。
　　然而，这并不意味着金属表面任一位置的阳极和阴极反应都必须相等，除非金属的腐蚀为绝对均匀的腐蚀过程。更常见的情况是腐蚀过程是不均匀或局部的，也就是说金属表面的某些部位以阳极反应为主，而另一些部位以阴极反应为主，能够形成一个电流回路，如图1-1所示。电子必须从阳极反应发生的部位流向阴极反应发生的部位。为了形成导通的回路，电子在金属相中流动，离子在液相中流动。
　　图1-1　由于金属的不均匀腐蚀而在金属的内部与表面形成电流回路
　　1.1.2　腐蚀过程中pH的变化
　　钝化反应和活性溶解的阳极反应都可以导致局部pH的下降。从上述方程可以看到，钝化过程虽然直接提供电子，但是当钝化膜生长到几个原子厚度时，钝化反应就会停止，因此钝化反应生成的氢离子［式（1-3）和式（1-4）］的量非常少，能够迅速扩散到远离金属表面的外部溶液中，金属表面pH的变化将非常微小。对于活性溶解过程，由于生成大量金属离子，在液相中的水解反应将产生大量的氢离子，使pH下降。局部pH的降低可能导致更大范围的金属表面氧化膜的溶解。金属离子水解反应及钝化膜溶解反应见下列反应式。
　　（1-9）
　　（1-10）
　　（1-11）
　　（1-12）
　　因此，当发生局部腐蚀时，其导致的局部pH的降低又反过来影响钝化膜的生成，使钝化更难而溶解更易进行，这种过程被称为自催化过程，是点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀的*典型特征。本章将对点蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀进行简要概述，并将在后面的章节中对人体环境中的缝隙腐蚀做更详细的阐述。
　　根据上述阴极反应方程式，反应生成氢氧根离子或消耗氢离子，因此对于阴极反应，其附近液相的pH将升高。对大多数金属而言，pH的升高将增强钝化膜的稳定性，使这一位置的金属表面发生阴极反应的条件进一步加强。有一个例外为金属铝，其氧化物在酸性和碱性溶液中均可溶解，因此阴极反应仍然会引起其钝化膜的溶解，促进金属的腐蚀。
　　（1-13）
　　1.2　腐蚀的热力学基础
　　1.2.1　电化学反应序列表
　　众所周知，一

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