一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，其中，模拟实验装置包括电解液槽、测试装置、计算机终端和电化学工作站。其中，测试装置放置在电解液槽内；电解液槽内的电解液由高精度蠕动泵强制循环蠕动。模拟实验装置整体结构简单，静压力可连续调节。其实验方法通过调节测试装置的螺杆，以对镁合金试样施加不同的静压应力，并通过蠕动泵调节电解液的流速，在体外仿真性模拟生物体微环境，以进行开路电位、极化曲线、交流阻抗谱和电化学噪声等一系列电化学测试操作，测试结果真实稳定，重现性与再现性良好。本发明专利技术可充分满足镁合金在人骨微环境承受静压应力的相关研究使用。

Magnesium alloy static pressure stress corrosion electrochemical behavior simulation experimental device and experimental method thereof

The invention discloses a magnesium alloy static stress corrosion electrochemical behavior simulation experiment device and experiment method, the simulation experiment device comprises an electrolytic bath, testing device, computer terminal and electrochemical workstation. The test device is placed in the electrolytic tank; electrolyte electrolytic tank by high precision peristaltic pump forced circulation. The whole structure of the simulation experiment device is simple, and the static pressure can be adjusted continuously. The experimental method is adjusted by a screw rod of the test device, to apply different hydrostatic pressure on magnesium alloy specimen stress, and through adjusting the peristaltic pump flow rate of electrolyte, micro organism simulation environment in vitro simulation, the open circuit potential, polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy and electrochemical noise and a series of electrochemical test operation for test results. True stability, repeatability and reproducibility. The invention can fully satisfy the relevant research and application of magnesium alloy to bear the hydrostatic pressure in the human bone microenvironment.

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法
本专利技术涉及一种镁合金腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，尤其涉及一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置及其实验方法，属于电化学领域。技术背景生物医用材料包括医疗上能够植入生物体或能够与生物体组织相结合的材料，主要用于治疗或替换生物机体中原有已损坏的组织和器官，以修正、补偿或提高其功能。在医药卫生领域，可降解的医用金属材料得到了大力开发，被广泛应用于生物体组织工程材料、体内缝合线、外科用正骨材料等，有着良好的应用前景。生物医用金属材料要求具有以下性能：无毒，不致畸致癌，无过敏反应和干扰机体的免疫，不破坏临近组织；物理化学性质稳定，强度、硬度及弹性满足实际需求、耐蚀性及耐磨性稳定；加工成型性优良，容易制成需要的各种形状；同时，可降解的医用金属材料在满足植入材料的以上的性能，还应在降解性能上与生物体良好相容：即降解的同时，满足植入材料的本身力学性能要求，又不会对生物体产生不良反应，降解产物无毒无害并能及时排除生物体。目前临床应用的骨科内植入材料中，不锈钢及钛合金以良好的生物相容性、耐蚀性能和力学性能成为应用广泛的材料。但是，不锈钢和钛合金等现有金属植入材料中存在一个普遍问题是与生物体骨组织的力学相容性差，材料植入人体后可对局部骨组织产生很大的“应力遮挡”效应。骨组织所受应力刺激下降，骨改建出现负平衡，导致骨吸收增加，骨形成减少，诱发遮挡性骨质缺失。通常，植入材料与生物组织力学相容性差在医学上会导致三种严重的后果：(1)植入材料周围的原有生物骨脆弱化；(2)植入材料周围的新生骨生长不良；(3)植入材料与生物骨间的界面出现应力集中，从而引起炎症。不锈钢、钛合金制骨板、骨钉等植入体内在骨组织痊愈后需通过再次手术取出，增加了患者的痛苦及医疗费用负担。此外，目前临床应用的血管支架主要以不锈钢和钛镍合金为主，这些血管支架除了存在镍离子溶出可能引起毒副作用外，还存在血管再生狭窄和血栓、血管内膜增生、出现意外时无法进行血管再造术等弊端。由此可见，医用金属材料的弹性模量和生物体骨组织存在的差异要控制在一定范围之内，研究和开发力学相容性与生物相容性更理想的医用材料成为上述领域(骨科内植物、血管内支架)的重要发展方向。镁及镁合金因其良好的生物相容性和骨组织诱导性是一种有前途的生物材料，力学性能与人体天然骨最接近，能够有效降低“应力遮挡效应”，促进骨组织的愈合。同时镁合金具有较高的屈服强度，可以承受较大的载荷，应用于生物体骨组织承载部位、也可以应用于血管内支架，起到支撑血管的作用。镁是人体重要的营养元素之一，第4位金属元素，细胞内仅次于K+的阳离子；镁元素参与催化或激活生物体325种酶系，参与体内所有能量代谢，对肌肉收缩、神经运动机能、生理机能及预防循环系统疾病和缺血性心脏病有重要作用；镁合金植入体内后会缓慢降解又不会导致血清镁含量的明显升高，其排泄主要通过泌尿系统，且可以避免二次手术取出植入体带来的痛苦和高昂的手术费用，极大降低手术风险。因此，采用生物、力学相容性良好的镁合金作为医用可降解生物材料具有医学安全性基础，尤其适用于骨科内植物材料和血管内支架材料。然而，镁合金的耐蚀性能差极大限制了镁合金的应用，当介质的pH值小于11.5或者氯离子存在的腐蚀环境，其腐蚀尤其严重。作为生物植入结构材料，镁合金必须在使役期间严格满足必要的力学性能与形态学要求，因此要求镁合金腐蚀降解速率不宜过快。人体内环境的正常pH值在7.4左右，而且体液中存在大量的氯离子，加之人体内是一个复杂的腐蚀环境，这些都会造成镁合金在人体内的腐蚀速率充满不确定性。目前生物体可降解医用植入镁合金领域的研究主要集中在开发耐蚀性好且力学性能特别是塑性变形能力优异的合金，而这两点很难同时满足。目前进入临床应用的镁合金骨科内植入材料存在强度低、降解过快的问题；而作为心血管支架的镁合金存在塑性变形能力不够、降解过快的问题。此外，目前研究的医用镁合金大多都含有Al元素，铝不是人体的必需微量元素，被认为具有神经毒性，是导致早老性痴呆的因素，含Al的镁合金在人体内耐受极限仅为1g/year。目前，国内外还没有镁合金腐蚀速率测定的统一标准；在模拟体液中的浸泡实验与在生物体内实验结果之间存在极大偏差；在生物体内实验面临着实验成本高昂，试验周期长，结果不便于量化的难题。因此，体外仿真模拟在体实验成为镁合金腐蚀研究领域一个重要的研究方向。在骨植入体实际服役条件下，镁合金并不是浸泡在体液中，而是与人体结缔组织、毛细血管和骨组织等形成许多微环境，其中一个微环境可以近似视为一个静压应力电化学腐蚀模型。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是，提供一种可仿真性模拟骨组织微环境，镁合金在承受静压应力时镁合金腐蚀电化学行为的测试实验装置，其结构简单，静压力可连续调节。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是，一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置，其特征在于，包括电解液槽、测试装置、计算机终端和电化学工作站四部分，其中，电解液槽呈无上盖的箱体结构，测试装置放置在电解液槽内；所述电解液槽的左、右两侧壁上分别设置有一进液管口和一出液管口，进液管口和出液管口上分别通过管路与外部的储液槽和高精度蠕动泵连接成一循环回路；所述测试装置为组合件，包括机架、数字化智能压力变送器和螺杆调节件，所述机架为一矩形框，矩形框的顶边框中心位置处开设有一通透的第一螺孔；所述螺杆调节件为组合件，包括螺杆和端板两部分，端板的上表面中心位置处设置有第二螺孔，螺杆的下部通过第二螺孔与端板形成可拆卸连接；所述螺杆经第一螺孔穿过矩形框的顶边边框，螺杆的下部伸入矩形框的顶边边框的下方、螺杆的上部伸出矩形框的顶边边框的上方；螺杆的上部顶端位置处沿螺杆的径向方向开设有一通孔，通孔内承插连接有一调节杆；矩形框的底边边框的上表面设置有一载物台，载物台的中心点位于所述螺杆的中心轴线的延长线上；所述数字化智能压力变送器粘结在所述端板的下表面；待测试的镁合金试样水平放置在载物台上；数字化智能压力变送器通过数据线与计算机终端通讯连接；上述镁合金试样为正方形板片，板片的四个侧立面中，一个侧立面完全裸露，两个侧立面用环氧树脂涂层封闭，另一个侧立面焊接有导线，导线引出后，该侧立面用环氧树脂封装、整体密封；上述矩形框的内外表面、螺杆伸入矩形框的顶边边框的下方的那一段的外表面、端板的外表面和压力传感器的外表面上，均分别涂覆有绝缘涂层；上述导线与电化学工作站连接，此时，镁合金试样即成为电化学工作站的一个工作电极，与电化学工作站自身所带的另一个工作电极一起，共同组成为电化学测试过程中的对电极。上述技术方案直接带来的技术效果是，整个装置结构简单，易于调节，使用方便；工作电极浸泡于电解液中，不仅与液体接触面积可控，还能控制与对电极，参比电极之间的距离，有效降低扩散控制带来的溶液欧姆降，有效降低氢气对镁合金电化学腐蚀过程的影响，能够实现静压应力条件下开路电位、极化曲线、交流阻抗和电化学噪声等电化学测试；镁合金工作电极完全浸没在溶液中，一方面避免液体表面张力的干扰，另一方面也能够维持双电层稳定，获得良好稳定的腐蚀电化学行为测试数据。在蠕动泵的驱动下，电解液槽内的Hank’s溶液缓慢蠕动，可仿真模拟体内环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置，其特征在于，包括电解液槽、测试装置、计算机终端和电化学工作站四部分，其中，电解液槽呈无上盖的箱体结构，测试装置放置在电解液槽内；所述电解液槽的左、右两侧壁上分别设置有一进液管口和一出液管口，进液管口和出液管口上分别通过管路与外部的储液槽和高精度蠕动泵连接成一循环回路；所述测试装置为组合件，包括机架、数字化智能压力变送器和螺杆调节件，所述机架为一矩形框，矩形框的顶边框中心位置处开设有一通透的第一螺孔；所述螺杆调节件为组合件，包括螺杆和端板两部分，端板的上表面中心位置处设置有第二螺孔，螺杆的下部通过第二螺孔与端板形成可拆卸连接；所述螺杆经第一螺孔穿过矩形框的顶边边框，螺杆的下部伸入矩形框的顶边边框的下方、螺杆的上部伸出矩形框的顶边边框的上方；螺杆的上部顶端位置处沿螺杆的径向方向开设有一通孔，通孔内承插连接有一调节杆；矩形框的底边边框的上表面设置有一载物台，载物台的中心点位于所述螺杆的中心轴线的延长线上；所述数字化智能压力变送器粘结在所述端板的下表面；待测试的镁合金试样水平放置在载物台上；数字化智能压力变送器通过数据线与计算机终端通讯连接；上述镁合金试样为正方形板片，板片的四个侧立面中，一个侧立面完全裸露，两个侧立面用环氧树脂涂层封闭，另一个侧立面焊接有导线，导线引出后，该侧立面用环氧树脂封装、整体密封；上述矩形框的内外表面、螺杆伸入矩形框的顶边边框的下方的那一段的外表面、端板的外表面和压力传感器的外表面上，均分别涂覆有绝缘涂层；上述导线与电化学工作站连接，此时，镁合金试样即成为电化学工作站的一个工作电极，与电化学工作站自身所带的另一个工作电极一起，共同组成为电化学测试过程中的对电极。...

【技术特征摘要】
1.一种镁合金静压应力腐蚀电化学行为模拟实验装置，其特征在于，包括电解液槽、测试装置、计算机终端和电化学工作站四部分，其中，电解液槽呈无上盖的箱体结构，测试装置放置在电解液槽内；所述电解液槽的左、右两侧壁上分别设置有一进液管口和一出液管口，进液管口和出液管口上分别通过管路与外部的储液槽和高精度蠕动泵连接成一循环回路；所述测试装置为组合件，包括机架、数字化智能压力变送器和螺杆调节件，所述机架为一矩形框，矩形框的顶边框中心位置处开设有一通透的第一螺孔；所述螺杆调节件为组合件，包括螺杆和端板两部分，端板的上表面中心位置处设置有第二螺孔，螺杆的下部通过第二螺孔与端板形成可拆卸连接；所述螺杆经第一螺孔穿过矩形框的顶边边框，螺杆的下部伸入矩形框的顶边边框的下方、螺杆的上部伸出矩形框的顶边边框的上方；螺杆的上部顶端位置处沿螺杆的径向方向开设有一通孔，通孔内承插连接有一调节杆；矩形框的底边边框的上表面设置有一载物台，载物台的中心点位于所述螺杆的中心轴线的延长线上；所述数字化智能压力变送器粘结在所述端板的下表面；待测试的镁合金试样水平放置在载物台上；数字化智能压力变送器通过数据线与计算机终端通讯连接；上述镁合金试样为正方形板片，板片的四个侧立面中，一个侧立面完全裸露，两个侧立面用环氧树脂涂层封闭，另一个侧立面焊接有导线，导线引出后，该侧立面用环氧树脂封装、整体密封；上述矩形框的内外表面、螺杆伸入矩形框的顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾荣昌，丁自友，戚威臣，崔蓝月，殷正正，张芬，李硕琦，张伟伟，邹玉红，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37