模拟口腔环境中304不锈钢腐蚀磨损性能的研究

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不锈钢具有优良的耐腐蚀性能、高的机械强度以及低廉的成本等优点,被广泛应用于制作人工关节、骨折接合用夹板、人工心脏瓣膜以及植入假体等器件,在口腔中,不锈钢主要用于制作托槽、弓丝以及牙冠等。但人体口腔环境十分复杂,人的唾液是无色、无味、无嗅的液体,偏酸性,除水分占80%外,还含有Na+、K+、Ca2+、Cl-、HCO3-等离子及一些气体分子,同时还包含黏蛋白、黏多糖等有机物。已有研究表明,人的唾液可能会导致不锈钢的腐蚀,加速金属离子的释放而引起严重的过敏反应。特别是随着含氟口腔清洁用品的广泛使用,氟离子的存在可能影响不锈钢在口腔中的腐蚀行为。此外,青少年日常大量摄入的可乐、果汁等软饮料也可能对不锈钢产生严重的腐蚀。然而,目前的研究大多只关注不锈钢等材料在口腔环境中的腐蚀规律,很少涉及腐蚀与磨损相关性的研究。基于此,本论文探讨了人工唾液中含氟离子浓度对不锈钢腐蚀磨损性能的影响,同时考察了不锈钢材料在可乐及苏打水两种软饮料中的腐蚀磨损性能,并分析磨损与腐蚀可能存在的协同作用。论文取得以下结果:(1)讨论了外加实验条件(负载、滑动频率和滑动时间)对304不锈钢在人工唾液环境中的腐蚀磨损性能的影响。实验发现,摩擦运动明显影响304不锈钢在人工唾液中腐蚀磨损性能,在人工唾液中的磨损率随滑动频率和滑动时间的增加而增大,随外加负载的增大先增大后减小。(2)讨论了人工唾液中外加氟离子浓度对不锈钢腐蚀磨损性能的影响,对其腐蚀磨损作用机理进行了分析。实验发现,不锈钢在人工唾液中的腐蚀电流随着氟离子浓度的增大先增大然后减小,当氟离子浓度为0.25wt%时腐蚀电流最大。磨损体积随外加电位的增大而增大,随氟离子浓度的增大而减小。在高电位和低氟离子浓度条件下,腐蚀与磨损之间的协同作用最强。(3)讨论304不锈钢在软饮料中的腐蚀磨损性能,并对其摩擦磨损机理、损耗和协同作用进行分析。实验发现,304不锈钢在不同腐蚀介质中表现出不同的腐蚀性能。随着外加电位的增大,不锈钢的腐蚀电流和磨损量都有增大趋势,在可口可乐介质中磨损量最大。随着p H的减小,磨损腐蚀机理从磨损主导向腐蚀主导方向移动。随着外加电位的增大,磨损腐蚀损耗从低损耗向高损耗方向移动。磨损腐蚀协同作用随着外加电位的增大,从低协同向高协同方向移动。
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