人工唾液中氟离子对钛的腐蚀影响及机理研究

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由于钛具有良好的机械性能、较强的耐腐蚀性能及较好的生物相容性被广泛应用于许多牙科种植体,植入人体口腔内。钛在口腔环境中会溶解,从而导致唾液成份发生变化,可能对人体存在潜在危害。然而,口腔环境是一个极其复杂的系统,钛在口腔环境中的腐蚀机理尚不清楚。此外,氟是有机体生命活动所必须的微量元素之一,对人体骨骼的生长发育,维持骨骼生理结构功能具有重要作用,并且氟化物具有良好的抗菌性能。近年来,氟化物被大量的应用于防龋治疗,各种含氟产品如漱口水、含氟牙膏、正畸凝胶以及其他治疗性牙科产品等被应用于口腔。全身性氟化物的应用主要通过茶饮料、饮食补充以及饮用水中加氟等。因此,钛及其合金广泛暴露于含氟口腔环境中,其会对钛的腐蚀造成严重的影响,虽然,氟离子对口腔中钛的影响已经有所报道,但其作用机制并不清楚。本文的目的是研究钛在模拟人工唾液环境中的腐蚀以及氟离子对其腐蚀的影响。本实验采用电化学分析法,在开路电路的条件下进行了Tafel极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)及腐蚀电位随时间的变化(OCP)进行测试;并且用扫描电镜(SEM)对浸泡在0、500ppm、15000ppm氟离子的模拟人工唾液环境中的钛的表面形貌进行比较,以及应用光电子能谱(EDS)对腐蚀后的钛的元素种类进行定性分析。源于口腔环境的复杂性,对钛在不同浓度的氟离子[F-]0-20000ppm体系中及浸泡不同时间后的pH值进行测定,并结合电化学测试数据来探讨钛在该体系的腐蚀情况。  结果表明,钛在模拟人工唾液中([F-]=0ppm)的腐蚀随着浸泡时间的延长,2天、7天、14天的腐蚀电流(Icorr)分别为0.09467μA/cm2、0.1184μA/cm2、2.0380μA/cm2;腐蚀电位负移;Nyquist压缩半圆由2天的2.269E6Ω·cm2缩短到7天的1.726E6Ω·cm2,由于钛的表面TiO2膜得到修复,因此,14天的Nyquist压缩半圆缩小到2.399E5Ω·cm2;从2天和14天钛的SEM来看,钛在该体系中浸泡2天其表面光滑,14天的出现均匀蚀点;唾液体系的pH值由6.70变到9.32。EDS定性分析出了Ti、C、N、O、Si等元素。综上所述,钛在模拟人工唾液中的腐蚀,随着时间的延长,腐蚀加剧。在低浓度区([F-]0-2000ppm)钛的腐蚀随着浸泡时间的延长(2-14天),腐蚀电流(Icorr)增大,腐蚀电位负移,Nyquist压缩半圆减小,钛在[F-]=500ppm中浸泡2天的表面出现均匀蚀点,14天的蚀点较2天的多而深。电化学数据均表明,钛在低浓度区([F-]0-2000ppm)随时间推移腐蚀加剧;而在高浓度区([F-]5000-20000ppm),腐蚀效果随时间的推移先增大后减小。钛的腐蚀在2-7天内逐渐增大,后随时间的延长(14天后),钛表面腐蚀效果下降,说明钛在高浓度区由于钛表面TiO2膜的形成,发生了钝化现象。实验通过对比分析得出了,在模拟人工唾液体系中氟离子的加入,钛的腐蚀明显加剧的腐蚀规律,并对腐蚀机理进行了探讨。
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