医療用チタン材料の腐食特性の解析。

医療用チタンは、低密度、高比強度、優れた耐食性などの利点から、重要な機能性材料として航空宇宙、エネルギー産業、医療用品などの分野で広く使用されています。

1. チタンの腐食

チタンは熱力学的に不安定な金属で、比較的負の不動態化電位を持ち、標準電極電位は -1.63V です。そのため、大気中や水溶液中で不動態化性の酸化皮膜を形成しやすく、耐食性も良好です。

1. さまざまな媒体におけるチタンの耐食性

医療材料の耐食性を研究することは非常に重要です。一方で、一部の金属イオンや埋め込まれた材料の腐食生成物は生体組織に浸透し、さまざまな程度の生理学的反応を引き起こす可能性があります。一方で、体液の存在により、材料によっては性能が著しく低下し、急速な損傷を引き起こしたり、場合によっては無効になったりする可能性があります。人体の環境は比較的複雑であるため、微量元素の溶解が起こりやすく、酸化層の安定性が変化します。わずかな摩擦により、チタン表面に形成された不動態皮膜にさまざまな程度の損傷が生じる可能性があります。たとえば、酸素が不足した環境では、酸化物層の安定性が弱まります。損傷するとすぐに修復できなかったり、新たな酸化皮膜が形成されて腐食が発生しやすくなります。この状況は、人体の繰り返しの動きや機器の使用においてはほぼ避けられません。塑性変形により材料の構造状態が変化し、材料の腐食性能に影響を与えます。塑性変形の程度が異なると、材料の腐食特性に大きく異なる影響を与えます。塑性変形の過程で内部応力が集中すると、界面や結晶粒に欠陥が生じます。したがって、塑性変形により材料の耐食性が低下します。

2. チタンの腐食メカニズム

チタンはIVB族の遷移元素です。化学的に活性があり、酸素との親和性が高い。酸素を含む媒体においては、チタンの表面に緻密な不動態皮膜が容易に形成されます。このパッシベーション膜は薄く、その厚さは通常数ナノメートルから数十ナノメートルです。チタン合金の不動態皮膜の存在により、界面活性溶解領域が減少し、溶解速度が遅くなり、溶解による損傷に耐えられます。また、パッシベーション膜は自動修復も可能で、損傷した場合でもすぐに新しい保護膜を形成できます。したがって、チタンは耐食性に優れています。生体に埋め込まれたチタン金属の腐食形態は、孔食、応力腐食、隙間腐食、電食、摩耗腐食などに分類できます。