酸蚀刻对钛医药材料纳米形态表面特性及活化能的影响

引言

钛金属具有较高的比强度和生物相容性，并且由于在金属表面自发形成的钝化膜而具有优异的抗蚀刻性。这种薄氧化膜在空气中容易形成，保护内部活性钛金属免受侵蚀性介质的影响。二氧化钛具有很宽的带隙，因此钛经常被用于各种应用，包括光催化剂、化学传感器和医疗植入物。

然而，钛金属及其合金也有很多缺点，例如，由于其热性质，金属加工困难，并且其生产昂贵。为了降低生产成本或提高钛金属的质量，英思特开发了各种新的钛精炼工艺来代替克罗尔法。

实验与讨论

图1显示了钛金属通过热轧和冷轧形成的过程。在热轧过程中，钛金属表面会形成黑色金属氧化物，称为氧化皮。这种氧化皮含有因与轧辊接触而产生的杂质，从而抑制金属表面处理，并损害金属的外观。

 图1：钛金属成型工艺

用耐酸胶带遮盖并在1mol l1hf水溶液中腐蚀的S-Ti样品之间的差异。用扫描电镜- EDX对CP-Ti进行了研究。图2显示了在1mol l1hf水溶液中蚀刻6分钟后掩蔽的S-Ti的照片。图2(b)显示了作为参考样品的碳片上的S-Ti和TiO2粉末的SEM图像，以及钛和氧的EDX谱线轮廓。

研究证实了表面氧化皮具有不均匀的钛和氧强度，而基材表面具有均匀的高钛强度和低氧强度。用各种浓度的酸腐蚀的S-Ti样品的SEM图像以及钛和氧的EDX谱线轮廓如图2所示。图2中的所有图像显示在左侧的碳板上的TiO2粉末作为标准样品，钛和氧的EDX强度被标准化用于比较。当测量所有的SEM-EDX光谱时，也同时测量将TiO2粉末作为标准样品的碳片，如图2的每个SEM图像所示。

根据钛离子在HF腐蚀溶液中的溶解量比较了S-Ti和AP-Ti的腐蚀行为，以揭示钛金属中的杂质对溶解量的影响。典型的曲线图如图4所示。这表明AP-Ti上的钙提高了AP-Ti的抗蚀性。随着时间的推移，AP- Ti中溶解的钛的量超过了其他钛；这可以是归因于S-Ti上杂质溶解形成的腐蚀性物质的消耗。英思特研究发现，在低HF浓度下，S-Ti产生最低量的溶解钛，无法摧毁S-Ti上的鳞片。由于F和H+活性的增加，阳极和阴极行为都显著依赖于HF浓度，然而在本研究中使用的浓度下添加的HNO3对阳极行为几乎没有影响。因此，酸中的氟化物对于去除钛基底上的氧化皮是必不可少的。

 图2：Ti和O的S-Ti和EDX线的扫描电镜图像

结论

在本研究中，英思特通过定量测定溶解钛的量、钛金属的表面分析和电化学测量来分析钛在含氢氟酸中的腐蚀行为。进而揭示了水垢对钛金属的腐蚀机理。SEM-EDX显示，当HF浓度为0.1mol L-1或更低时，水垢不能完全清除。此外，从AP-Ti中溶解的钛的量很低，这是由于在酸洗后的工业水洗中，钙粘附在钛金属表面上。

CP-Ti对硝酸浓度的依赖性很小。这些结果表明涉及两个因素；通过F和纯钛基材的溶解破坏氧化钛层。通过降低pH值来蚀刻钛基材以实现氧化皮剥离是一种有效去除氧化皮的有前途的方法。阳极和阴极由于F和H+活性的增加，极化行为显著依赖于HF浓度；然而，在本研究中使用的浓度下添加HNO3对阳极参数几乎没有影响。