Ti-6Al-4V ELI 合金的楊氏模量僅為120~136 GPa，與Co-Cr基合金及不銹鋼相比，更接近于人體骨骼的楊氏模量（10~30 GPa），因此被廣泛應(yīng)用于制造人造髖關(guān)節(jié)及人造牙根。然而，隨著對鈦合金研究的深入，Ti-Nb-Zr（TNZ）及Ti-Nb-Zr-Ta（TNZT）系等楊氏模量更接近于人體骨骼的醫(yī)用鈦合金被逐漸研制和推廣應(yīng)用。其中，Ti-13Nb-13Zr的楊氏模量僅為56~82 GPa，且用無毒的Nb、Zr元素代替了易對人體造成傷害的V、Al元素，被認為是最具應(yīng)用潛力的醫(yī)用鈦合金之一。當(dāng)這些醫(yī)用鈦合金被用做植入件時，其在人體體液中的抗腐蝕性能尤為重要。若植入件被人體體液腐蝕，不僅會使其力學(xué)性能受到影響，還會引發(fā)系列炎癥反應(yīng)，因此，對植入物用鈦及鈦合金的腐蝕行為進行深入研究具有重要的意義。已有研究表明，Ti-6Al-4V ELI合金及Ti-13Nb-13Zr合金在模擬生理溶液中，其表面均會形成抗腐蝕性氧化膜，且其內(nèi)層膜均勻致密，含有熱穩(wěn)定性能優(yōu)異的TiO2，能夠有效阻止溶液離子的擴散，而外層膜則呈多孔結(jié)構(gòu)，具有良好的生物相容性。本研究則通過電化學(xué)交流阻抗譜（EIS）等電化學(xué)手段研究了氧化膜的成分、厚度及結(jié)構(gòu)對Ti-13Nb-13Zr合金抗腐蝕性能的影響，并與Ti-6Al-4V ELI合金進行了對比。
實驗用Ti-13Nb-13Zr合金鑄錠質(zhì)量為50 g，厚度為8 mm，經(jīng)非自耗真空電弧爐多次熔煉而成。鑄錠經(jīng)900 ℃×30 min/WC固溶處理后在（α+β）兩相區(qū)（680 ℃）分別進行冷軋（CR）和熱軋（HR），得到厚度為6 mm的板材，接下來對Ti-13Nb-13Zr合金熱軋板進行760 ℃×60 min/WC固溶處理。Ti-6Al-4V ELI合金由德國Krupp VDM GmbH公司提供，為Φ38 mm的棒材，且在氬氣氣氛中經(jīng)1 000 ℃×60 min/WC固溶處理。對冷軋板材試樣以及經(jīng)熱處理后的試樣分別進行掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）以及EIS等電化學(xué)測試。其中，電化學(xué)測試的電解液為Ringer’s溶液（6.5 g/L NaCl，0.14 g/L KCl，0.12 g/L CaCl2，0.2 g/L NaHCO3，0.4 g/L 葡萄糖），工作電極工作面積為1 cm2，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極。
實驗結(jié)果表明，溫度為25 ℃時，Ti-13Nb-13Zr合金和Ti-6Al-4V ELI合金在Ringer’s溶液中的電流密度均大約為10-6~10-8 A/cm2，其表面均生成了具有良好抗腐蝕性能的氧化膜，并且經(jīng)1 000 ℃×60 min/WC固溶處理的Ti-6Al-4V ELI合金的抗腐蝕性能依次優(yōu)于冷軋Ti-13Nb-13Zr合金板材和經(jīng)760 ℃×60 min/WC固溶處理的熱軋Ti-13Nb-13Zr合金板材。這主要是由于Ti-6Al-4V ELI合金表面會迅速生成富含Al2O3以及V2O5的均勻的TiO2氧化薄膜，并且穩(wěn)定性能優(yōu)于Ti-13Nb-13Zr合金表面生成的氧化膜。此外，研究發(fā)現(xiàn)，Ti-13Nb-13Zr合金的抗腐蝕性能與其表面氧化膜的厚度和Nb2O5的含量密切相關(guān)，而氧化膜的厚度和Nb2O5的含量則取決于合金的狀態(tài)，冷軋Ti-13Nb-13Zr合金板材表面氧化膜的厚度及Nb2O5的含量均高于熱軋Ti-13Nb-13Zr合金板材。電化學(xué)交流阻抗分析表明，Ti-13Nb-13Zr合金和Ti-6Al-4V ELI合金表面的氧化膜均由致密的內(nèi)層膜和多孔的外層膜組成，均符合雙電層理論模型。
總之，與植入物用Ti-6Al-4V ELI合金相比，Ti-13Nb-13Zr合金的楊氏模量與人體骨骼的楊氏模量更為接近，且不含有V、Al等有毒元素，生物相容性更為優(yōu)異，但是其在人體體液中的抗腐蝕能力要劣于Ti-6Al-4V ELI合金。而本研究為改善Ti-13Nb-13Zr合金的抗腐蝕性能提供了有利的依據(jù)和方向，合金表面氧化膜的厚度、Nb2O5的含量均會對Ti-13Nb-13Zr合金的抗腐蝕性能產(chǎn)生影響，通過采取適宜的熱加工方式可有效增強Ti-13Nb-13Zr合金的抗腐蝕性能。
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