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人體環境中鈦金屬的腐蝕狀況及特徵
	曾用價	88.00
	齣版社	科學齣版社
	版次	1
	齣版時間	2017年03月
	開本
	作者	徐瑋辰，於菲
	裝幀	平裝
	頁數	180
	字數	250
	ISBN編碼	9787030522702

內容介紹
本書首先從腐蝕電化學的基礎知識入手，結閤醫用鈦金屬的類型和人體內的應用現狀，闡述鈦金屬在人體內腐蝕的基本概念和特點。其次，對鈦金屬腐蝕的研究及進展進行詳細介紹，包括不同的研究方法、各種影響因素及腐蝕機理等。*後，對體內鈦金屬腐蝕防護措施進行瞭簡述。本書涵蓋瞭鈦及其閤金材料在人體內腐蝕及相應防護的核心問題。

目錄
目 錄
叢書序
叢書前言
序
前言
緒論 1
第1章 腐蝕電化學基礎 2
1.1 金屬在液相環境中的腐蝕 2
1.1.1 陰極和陽極反應 2
1.1.2 腐蝕過程中pH的變化 3
1.2 腐蝕的熱力學基礎 4
1.2.1 電化學反應序列錶 4
1.2.2 E-pH圖 5
1.2.3 陰極保護 7
1.3 腐蝕的動力學基礎 7
1.3.1 電化學動力學 7
1.3.2 埃文斯圖 8
1.3.3 開路電位 9
1.3.4 腐蝕速率的測量 9
1.3.5 物質擴散的影響 11
1.3.6 金屬的鈍化 12
1.4 典型腐蝕類型 12
1.4.1 點蝕 13
1.4.2 縫隙腐蝕 17
1.4.3 摩擦腐蝕 17
1.4.4 侵蝕腐蝕 17
1.4.5 大氣腐蝕 17
1.4.6 晶間腐蝕 18
1.4.7 環境輔助的腐蝕裂紋 18
1.5 腐蝕控製策略簡述 19
第2章 醫用鈦金屬體內腐蝕概況 20
2.1 醫用鈦金屬概況 20
2.1.1 生物醫用材料概述 20
2.1.2 鈦的本體性質 21
2.1.3 鈦的錶麵性質 22
2.1.4 鈦在生物醫學領域的應用 23
2.1.5 常用的醫用鈦金屬 26
2.2 鈦金屬腐蝕基本概念 30
2.2.1 鈦腐蝕的電化學特性 30
2.2.2 Ti-H2O的普貝圖 31
2.3 鈦金屬的腐蝕類型 32
2.3.1 均勻腐蝕 32
2.3.2 點蝕 33
2.3.3 縫隙腐蝕 34
2.3.4 微動摩擦縫隙腐蝕 35
2.3.5 摩擦腐蝕 36
2.4 鈦金屬體內腐蝕常用的研究方法 36
2.4.1 元素的痕量分析 37
2.4.2 X射綫分析技術 38
2.4.3 顯微鏡法 40
2.5 鈦金屬體內腐蝕産物 40
2.5.1 鈦離子 40
2.5.2 鈦金屬或氧化物顆粒/碎片 42
2.6 鈦腐蝕産物對人體組織的影響 45
2.7 鈦發生體內腐蝕的可能原因 47
參考文獻 51
第3章 鈦金屬體外腐蝕研究方法 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 電化學方法 57
3.2.4 掃描電子顯微鏡法 58
3.2.5 原子力顯微鏡法 59
第4章 環境酸度對鈦金屬腐蝕的影響 60
4.1 引言 60
4.2 介質pH對鈦腐蝕的影響 60
4.3 HCl對鈦金屬腐蝕的影響 61
4.3.1 HCl的濃度和溫度對鈦金屬OCP的影響 61
4.3.2 HCl的濃度和溫度對鈦金屬陽極氧化的影響 62
4.3.3 HCl對鈦金屬錶麵形貌的影響 65
4.4 小結 67
參考文獻 67
第5章 共存的無機物與有機物對鈦金屬腐蝕的影響 68
5.1 引言 68
5.2 H2O2對鈦金屬腐蝕的影響 68
5.2.1 錶麵形貌 68
5.2.2 H2O2的普貝圖 72
5.2.3 電化學阻抗譜研究 73
5.2.4 動電位陽極極化與動電位陰極極化 78
5.2.5 溶液分析法 81
5.3 白蛋白的影響 82
5.3.1 動電位極化麯綫 83
5.3.2 動電位陽極極化和動電位陰極極化麯綫 85
5.4 膠原蛋白和縴維蛋白的影響 86
5.5 白蛋白與H2O2共存的影響 86
5.5.1 溶液分析法 86
5.5.2 錶麵形貌 87
5.5.3 OCP測試 88
5.5.4 動電位陽極極化和動電位陰極極化 90
5.5.5 靜電位極化 91
5.5.6 浸泡實驗 92
5.5.7 討論 93
5.6 白蛋白與氟離子共存的影響 95
5.7 小結 99
參考文獻 100
第6章 植入體周圍環境中脂多糖對鈦金屬腐蝕的影響 101
6.1 引言 101
6.2 脂多糖對鈦金屬腐蝕的影響 102
6.2.1 電化學方法 102
6.2.2 溶液分析法 104
6.3 小結 111
參考文獻 112
第7章 口腔細菌對鈦金屬腐蝕的影響 113
7.1 引言 113
7.2 研究方法 114
7.3 變形鏈球菌的影響 114
7.4 輕型鏈球菌的影響 117
7.5 內氏放綫菌的影響 118
7.6 血鏈球菌的影響 120
7.7 小結 125
參考文獻 126
第8章 真核細胞對鈦金屬腐蝕的影響 127
8.1 引言 127
8.2 中性粒細胞的影響 127
8.3 巨噬細胞的影響 132
8.4 成縴維細胞的影響 135
8.5 骨細胞的影響 137
8.6 小結 139
參考文獻 140
第9章 微動摩擦縫隙腐蝕研究 141
9.1 引言 141
9.2 腐蝕研究裝置的類彆 141
9.2.1 摩擦腐蝕裝置 143
9.2.2 微動腐蝕裝置 144
9.2.3 微動摩擦縫隙腐蝕裝置 145
9.3 研究裝置機械參數的影響 149
9.4 多種化學物質對MACC的影響 151
9.5 小結 154
參考文獻 155
第10章 鈦金屬腐蝕防護方法概述 157
10.1 新型鈦閤金的製備 157
10.2 錶麵改性技術 158
10.2.1 鈦金屬錶麵羥基磷灰石塗層改性 158
10.2.2 鈦金屬錶麵滲碳/滲氮改性 158
10.3 小結 159
參考文獻 160

在綫試讀
緒　論
　　針對人體環境，鈦及其閤金被廣泛地應用於生物醫學器件、組件中，尤其是硬組織置換裝置及心血管支架等。鈦金屬由於其彈性模量相對低、機械性能良好、力學性能接近人骨、抗腐蝕性能和生物相容性優異，成為多用途的結構金屬。近十幾年來，在我國國民經濟的各個領域，特彆是在航空、醫療、石油、化工等領域得到瞭越來越廣泛的應用。自20世紀50年代以來，鈦及其閤金就開始被廣泛地應用於生物醫學領域。據報道，每年有1000t的鈦被用作生物醫療器械和人體組織，僅在牙科領域就占瞭4500萬美元的市場份額。在美國和英國每年進行約30萬颱髖關節置換手術，預計到2030年可能達到目前的170%。
　　從鈦的工業價值、資源壽命和發展前景看，隨著新的技術革命和工業革命的深入，鈦的重要地位將日益突顯，將成為繼鐵、鋁之後崛起的“第三金屬”。21世紀將是鈦的世紀。鈦的廣泛應用為社會帶來瞭巨大的經濟效益，在人類生産生活中發揮著重要的作用，鈦的研究及應用也將越來越引起各國的重視。
　　在幾十年的應用中，鈦及閤金的優良性能都得到瞭比較充分的驗證，但在近年來臨床上報道的腐蝕現象卻給人們提齣瞭新的問題。在人體中，任何腐蝕問題都不容小覷，小則導緻患者的疼痛和手術失敗，大則危機患者的生命。然而，醫用材料的腐蝕總量在材料腐蝕總成本中的占比較小，在剛剛結束的中國工程院重大谘詢項目“我國腐蝕狀況及控製戰略研究”中也非重點調查領域，因此其嚴重性常被忽略。本書把生物醫學與腐蝕科學進行瞭有機的結閤，有針對性地對人體典型服役環境中醫用鈦金屬的腐蝕問題及特性進行瞭詳細的梳理和討論，並對醫用鈦閤金材料腐蝕防護策略進行瞭闡述，以期為相關領域的研究人員提供有價值的參考信息，並引起人們對鈦金屬腐蝕問題的關注。
　　第1章　腐蝕電化學基礎
　　1.1　金屬在液相環境中的腐蝕
　　1.1.1　陰極和陽極反應
　　腐蝕是由於材料與周圍環境的相互作用而導緻的材料破壞現象，而腐蝕過程包括陽極氧化反應和陰極還原反應過程。當金屬處於潮濕且有氧的環境中時，除瞭金等惰性金屬之外，都會發生氧化。如果氧化錶現為金屬離子溶解到周圍環境中，則這些反應一般被稱為活性溶解過程。例如
　　（1-1）
　　（1-2）
　　另外，氧化還有可能錶現為在金屬錶麵生成一層保護性的氧化膜而使錶麵鈍化，典型的鈍化膜的厚度僅為幾納米（幾個原子層）。例如
　　（1-3）
　　（1-4）
　　金屬溶解與鈍化兩種情形均為金屬的氧化反應（金屬失去電子），被稱為陽極反應。金屬失去的電子，將被另一個反應所消耗，即為陰極反應。兩種*為常見的陰極反應是水或氧氣的還原反應。水的還原反應將導緻氫的生成，而pH決定瞭水的還原反應過程如何進行。
　　酸性環境：
　　（1-5）
　　中性或堿性環境：
　　（1-6）
　　氧氣的還原反應也由pH決定。
　　酸性環境：
　　（1-7）
　　堿性或中性環境：
　　（1-8）
　　這些還原反應或消耗氫離子，或生成氫氧根離子，因此都會導緻局部pH的升高。由氧化反應生成的所有電子都要立即被還原反應所消耗，因此對於一塊單獨的金屬，錶麵發生陽極和陰極反應的總速率必定是相等的，符閤電中性原則。
　　然而，這並不意味著金屬錶麵任一位置的陽極和陰極反應都必須相等，除非金屬的腐蝕為絕對均勻的腐蝕過程。更常見的情況是腐蝕過程是不均勻或局部的，也就是說金屬錶麵的某些部位以陽極反應為主，而另一些部位以陰極反應為主，能夠形成一個電流迴路，如圖1-1所示。電子必須從陽極反應發生的部位流嚮陰極反應發生的部位。為瞭形成導通的迴路，電子在金屬相中流動，離子在液相中流動。
　　圖1-1　由於金屬的不均勻腐蝕而在金屬的內部與錶麵形成電流迴路
　　1.1.2　腐蝕過程中pH的變化
　　鈍化反應和活性溶解的陽極反應都可以導緻局部pH的下降。從上述方程可以看到，鈍化過程雖然直接提供電子，但是當鈍化膜生長到幾個原子厚度時，鈍化反應就會停止，因此鈍化反應生成的氫離子［式（1-3）和式（1-4）］的量非常少，能夠迅速擴散到遠離金屬錶麵的外部溶液中，金屬錶麵pH的變化將非常微小。對於活性溶解過程，由於生成大量金屬離子，在液相中的水解反應將産生大量的氫離子，使pH下降。局部pH的降低可能導緻更大範圍的金屬錶麵氧化膜的溶解。金屬離子水解反應及鈍化膜溶解反應見下列反應式。
　　（1-9）
　　（1-10）
　　（1-11）
　　（1-12）
　　因此，當發生局部腐蝕時，其導緻的局部pH的降低又反過來影響鈍化膜的生成，使鈍化更難而溶解更易進行，這種過程被稱為自催化過程，是點蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕的*典型特徵。本章將對點蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕進行簡要概述，並將在後麵的章節中對人體環境中的縫隙腐蝕做更詳細的闡述。
　　根據上述陰極反應方程式，反應生成氫氧根離子或消耗氫離子，因此對於陰極反應，其附近液相的pH將升高。對大多數金屬而言，pH的升高將增強鈍化膜的穩定性，使這一位置的金屬錶麵發生陰極反應的條件進一步加強。有一個例外為金屬鋁，其氧化物在酸性和堿性溶液中均可溶解，因此陰極反應仍然會引起其鈍化膜的溶解，促進金屬的腐蝕。
　　（1-13）
　　1.2　腐蝕的熱力學基礎
　　1.2.1　電化學反應序列錶
　　眾所周知，一

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