酸蝕刻對鈦醫(yī)藥材料納米形態(tài)表面特性及活化能的影響

引言

鈦金屬具有較高的比強度和生物相容性，并且由于在金屬表面自發(fā)形成的鈍化膜而具有優(yōu)異的抗蝕刻性。這種薄氧化膜在空氣中容易形成，保護內(nèi)部活性鈦金屬免受侵蝕性介質(zhì)的影響。二氧化鈦具有很寬的帶隙，因此鈦經(jīng)常被用于各種應用，包括光催化劑、化學傳感器和醫(yī)療植入物。

然而，鈦金屬及其合金也有很多缺點，例如，由于其熱性質(zhì)，金屬加工困難，并且其生產(chǎn)昂貴。為了降低生產(chǎn)成本或提高鈦金屬的質(zhì)量，英思特開發(fā)了各種新的鈦精煉工藝來代替克羅爾法。

實驗與討論

圖1顯示了鈦金屬通過熱軋和冷軋形成的過程。在熱軋過程中，鈦金屬表面會形成黑色金屬氧化物，稱為氧化皮。這種氧化皮含有因與軋輥接觸而產(chǎn)生的雜質(zhì)，從而抑制金屬表面處理，并損害金屬的外觀。

圖1：鈦金屬成型工藝

用耐酸膠帶遮蓋并在1mol l1hf水溶液中腐蝕的S-Ti樣品之間的差異。用掃描電鏡- EDX對CP-Ti進行了研究。圖2顯示了在1mol l1hf水溶液中蝕刻6分鐘后掩蔽的S-Ti的照片。圖2(b)顯示了作為參考樣品的碳片上的S-Ti和TiO2粉末的SEM圖像，以及鈦和氧的EDX譜線輪廓。

研究證實了表面氧化皮具有不均勻的鈦和氧強度，而基材表面具有均勻的高鈦強度和低氧強度。用各種濃度的酸腐蝕的S-Ti樣品的SEM圖像以及鈦和氧的EDX譜線輪廓如圖2所示。圖2中的所有圖像顯示在左側(cè)的碳板上的TiO2粉末作為標準樣品，鈦和氧的EDX強度被標準化用于比較。當測量所有的SEM-EDX光譜時，也同時測量將TiO2粉末作為標準樣品的碳片，如圖2的每個SEM圖像所示。

根據(jù)鈦離子在HF腐蝕溶液中的溶解量比較了S-Ti和AP-Ti的腐蝕行為，以揭示鈦金屬中的雜質(zhì)對溶解量的影響。典型的曲線圖如圖4所示。這表明AP-Ti上的鈣提高了AP-Ti的抗蝕性。隨著時間的推移，AP- Ti中溶解的鈦的量超過了其他鈦；這可以是歸因于S-Ti上雜質(zhì)溶解形成的腐蝕性物質(zhì)的消耗。英思特研究發(fā)現(xiàn)，在低HF濃度下，S-Ti產(chǎn)生最低量的溶解鈦，無法摧毀S-Ti上的鱗片。由于F和H+活性的增加，陽極和陰極行為都顯著依賴于HF濃度，然而在本研究中使用的濃度下添加的HNO3對陽極行為幾乎沒有影響。因此，酸中的氟化物對于去除鈦基底上的氧化皮是必不可少的。

圖2：Ti和O的S-Ti和EDX線的掃描電鏡圖像

結(jié)論

在本研究中，英思特通過定量測定溶解鈦的量、鈦金屬的表面分析和電化學測量來分析鈦在含氫氟酸中的腐蝕行為。進而揭示了水垢對鈦金屬的腐蝕機理。SEM-EDX顯示，當HF濃度為0.1mol L-1或更低時，水垢不能完全清除。此外，從AP-Ti中溶解的鈦的量很低，這是由于在酸洗后的工業(yè)水洗中，鈣粘附在鈦金屬表面上。

CP-Ti對硝酸濃度的依賴性很小。這些結(jié)果表明涉及兩個因素；通過F和純鈦基材的溶解破壞氧化鈦層。通過降低pH值來蝕刻鈦基材以實現(xiàn)氧化皮剝離是一種有效去除氧化皮的有前途的方法。陽極和陰極由于F和H+活性的增加，極化行為顯著依賴于HF濃度；然而，在本研究中使用的濃度下添加HNO3對陽極參數(shù)幾乎沒有影響。

審核編輯：湯梓紅