腐蚀评价讲义

概
述
失 重 法
析 氢 法
PH检测法
电化学法 结 论
概
述
失 重 法
析 氢 法
PDP测试的试样制备相对比较简单，对镁合金样
品的单一扫描只需要十几分钟 PDP测试的优势在于能 提供阳极和阴极反应的速率，以揭示镁合金生物腐蚀
PH检测法 的机制等性能，为镁合金的设计和选择提供基础。
电化学法 结 论
概
述
失 重 法
析 氢 法 其中1mol 镁产生1mol 氢气:
PH检测法
电化学法 结 论
Mg+2H2O=Mg2+ + 2OH－+H2
( 3)
因此，产生1 mol H2( 22. 4 L) 消耗掉1 mol Mg ( 24. 31g) 理论上可以用产生的H2体积计算Mg损失的质 量。典型设置: 试样浸泡在SBF里，收集氢气的装置直 接放置在样品上方以捕捉氢气; 典型的收集器由倒置的 漏斗和带有刻度的玻璃管组成玻璃管内充满 SBF，当H2 释放时，SBF会被氢气替代。
概
述 根据 ASTMG31 ，浸泡试样的腐蚀速率 ( CR ，
失 重 法 mm/a)，也可用式( 2) 计算:
析 氢 法
PH检测法
电化学法 结 论
失重试验是研究镁体外腐蚀最简单的方法，为确保 结果的准确性，失重法需多次重复试验 可采用失重法
与电化学腐蚀试验同时进行。
概
述
三、 析氢测量法
失 重 法 镁及其合金在水溶液里的反应过程可由式( 3) 表示，
电极的阻抗行为可以由 Nyquist ， Bode 谱来表 示，Nyquist 图表示虚部Z (ω) 对实部Z (ω) 的函数 ，Bode谱表示的是lg|Z|对频率的函数。
概
述 通过建立等效电路分析 EIS 数据，从而获得样品表
失 重 法
析 氢 法 面不同层的阻抗和电容，进而分析腐蚀机理。不同时间 应该选择不同的等效电路(见图1)，钝化层生成前和生成 PH检测法 后分别用等效电路图( 图1a，1b)进行模拟。图2为AZ31 电化学法 镁合金浸泡在 SBF里 2h后的 EIS曲线，其中交流阻抗测 结 论 量使用的交流信号振幅为 10mV ，频率范围为 0.1Hz ～ 100. 0kHz。EIS曲线根据等效电路图1a模拟后，可获得
Ｒs和Ｒct，以及总的阻抗Ｒs +Ｒct。Nyquist 与Bode
谱的对应关系见图 2。
概
述
失 重 法
析 氢 法
PH检测法
电化学法 结 论
概
述 EIS 与 PDP 类似，都只能提供表面极化瞬时的信息 EIS阻抗越大，腐蚀速率越小，耐腐蚀性越强 当研究镁
失 重 法
析 氢 法 在 SBF中的腐蚀时， EIS与 PDP不同，其对样品没有破
2 电化学交流阻抗谱
电化学交流阻抗谱( EIS) 技术使用交流极化的频率响应
析 氢 法 来测试试样 - 溶液体系某个状态下的阻抗信息，包括溶
PH检测法
液阻抗电荷转移阻抗及钝化层阻抗等，进而分析样品表
面腐蚀机理EIS技术已在生物镁合金腐蚀领域中普及EIS
电化学法 使用很小的振幅信号而不影响阻抗性质。 结 论 工作电极表面的阻抗Z(ω) 与正弦电压信号V(t)和电流响 应I( t) 之间的关系:
概
述
四、 pH值监测法
失 重 法 随着Mg的腐蚀，OH－被不断释放，导致局部表面的
析 氢 法 pH值增加，随后整个溶液的pH值增加 式( 3) 可用来 估计阴极反应的速度，根据测量 pH 值的相对增加量 PH检测法 来预测镁的整体的腐蚀速率 虽然pH监测法只提供定 电化学法 结 论 性的结果，但仍然广泛应用于Mg生物材料的蚀pH值 测量时可以远离试样表面，也可接近试样表面 。然 而，整体的pH值大小并不代表试样表面的 pH值，其
OCP高 PDP测试可以提供腐蚀电位( Ecorr) ，腐蚀
电流密度( Jcorr) ， 阳极和阴极反应和动力学信息 腐蚀速率 ( C Ｒ， mm/a) 可根据 Jorr 来进行计Hale Waihona Puke Baidu，见 式( 4)
概
述
失 重 法
析 氢 法
PH检测法
电化学法 结 论
概
述
失 重 法
析 氢 法
PH检测法
电化学法 结 论
PH检测法
坏性，因此对同一样品不需要表面处理就可以进行多次
采集，也可以进行实时监测。 EIS最突出的优点是可以
电化学法 检测到 Mg 腐蚀表面层中的每个层，如果腐蚀时间长， 结 论 EIS能检测到腐蚀层或钝化层的形成，揭示每一层如何 对底层镁合金进行保护
系的体外耐蚀性评价即是其一。目前，用于研究镁合
金腐蚀的体外试验方法主要有失重法、析氢法、 pH 值监测法及电化学法，本文主要介绍了这几种方法的 特征。
概
述
二、失重法
失 重 法 试样在腐蚀介质里腐蚀一段时间后，取出用稀铬酸去
析 氢 法 除表面的腐蚀产物［ Mg(OH)2 ］，清洗干燥后称重 ，生物镁合金的体外腐蚀介质一般为模拟体液( SBF) PH检测法 ， 其离子浓度与人体血浆的浓度接近，pH值为7.25 电化学法 结 论 ～7.40 以试样腐蚀失重速率( CR，g/cm2 . h-1) 计， 通常用式( 1) 表示:
生物可降解镁合金的体外 腐蚀评价方法
1 2 3
概述 失重法 析氢法 pH值监测法 电化学法 结 论
4
5 6
概
述
失 重 法
析 氢 法
一、概述
镁合金作为人体植入材料可最终安全降解并被 应用需要体内外充分试验和确认，镁合金及其涂层体
PH检测法 排出，在生物学上具有潜在的应用前景临床上的安全
电化学法 结 论
差别可能很大。
概
述
五、电化学法
1 动电位极化 动电位极化( PDP) 是研究镁
失 重 法
析 氢 法 合金体外腐蚀最常用的电化学技术通常，为保证获得 稳定的腐蚀电位，PDP试验前应将被测试样浸泡在腐 PH检测法 蚀介质里一段时间进行开路电位( OCP) 测试 OCP稳 电化学法 结 论 定后，通过调节工作( Mg) 电极和反( 惰性) 电极之间 的电流，以一定的扫描速率( 如0．5mV/s) 在预设电 位范围内扫描初始电压选择比 OCP 低，终止电压比
概
述
Z(ω ) =V( t) /I( t)
失 重 法 V( t) —— I( t) —— 析 氢 法 ω —— PH检测法
电化学法 结 论
V0sin t，V
I0sin(ω t + θ) ， A 2πf， rad/s
阻抗Z(ω)也可由实部Z′(ω)和虚部Z′′(ω) 来表示: Z(ω) =Z′(ω) +i . Z′′ (ω)