[发明专利]用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法，包括：有机玻璃容器、容器上盖、缝隙形成器、三电极电化学测试系统和电化学测试设备，所述有机玻璃容器内盛放有模拟体液，所述有机玻璃容器上设置所述容器上盖，所述缝隙形成器用于固定试样，并调节缝隙宽度，所述试样为人工关节材料，所述缝隙形成器及所述三电极电化学测试系统均设置在所述有机玻璃容器内，所述三电极电化学测试系统连接所述电化学测试设备。本发明提供的用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置，既能准确模拟人工关节的服役环境，又有单独操作性，能够在实验环境下构造各种准确静态缝隙形状，模拟人工关节静态服役时的不同真实状态。

技术领域

本发明涉及人工关节材料缝隙腐蚀测试技术领域，特别是涉及一种用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法。

背景技术

21世纪以来，关节疾病的数量随我国老龄化现象的加剧而增加，人们对健康的追求也随着生活水平整体提高而变得更加具体，生物医用材料的需求量也越来越大，但生物医用材料在植入人体后会出现以腐蚀为主的失效问题。以髋关节为例，全置换型髋关节主要由髋臼、股骨头和骨柄构成，骨柄与股骨头机械结合并固定在人体股骨上。在服役过程中，股骨头与髋臼间存在微小缝隙，并且这种缝隙的宽度会随着运动而发生变化。在不同缝隙宽度下，产生效果不一的缝隙腐蚀。

随着材料科学与工程技术的发展，实用耐用型材料越来越受到关注，使得材料与周围环境互相作用过程中体现的耐腐蚀性是最需要考虑的因素之一。典型局部腐蚀中，发生缝隙腐蚀的缝隙宽度为0.025mm-0.15mm，在这个宽度范围的缝隙内溶液处于滞流状态。钝化金属的缝隙腐蚀包括不易监测的孕育期和迅速发展的扩展期。传质受阻产生的氧浓差电池使缝隙内部溶液的成分、离子浓度、pH等参数向腐蚀加速的方向变化，最终利用不同程度增加的腐蚀速率和形成的腐蚀形貌评价材料的耐缝隙腐蚀性能。

一般缝隙腐蚀测试中包括三电极电化学测试系统。该系统能够通过测试材料在相应介质中电压和电流密度的响应，判断腐蚀反应进程、分析腐蚀行为、总结规律机理。对已有的专利实验方法进行对比分析：中国专利CN109632618B、中国专利CN110044810A和中国专利CN110031391A中涉及的缝隙腐蚀装置包含楔形或台阶型的缝隙形成器，在实验过程中，多种宽度的缝隙同时存在，相互影响，并不能真正单独探究不同缝隙宽度下的缝隙腐蚀行为，因此，需要构建既能准确模拟人工关节的服役环境，又有单独操作性的装置，并设计相应的实验方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置及方法，既能准确模拟人工关节的服役环境，又有单独操作性，能够在实验环境下构造各种准确静态缝隙形状，模拟人工关节静态服役时的不同真实状态。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于模拟人工关节静态缝隙腐蚀的实验测试装置，包括：有机玻璃容器、容器上盖、缝隙形成器、三电极电化学测试系统和电化学测试设备，所述有机玻璃容器内盛放有模拟体液，用于模拟人工关节真实服役环境，所述有机玻璃容器上设置所述容器上盖，用于防止实验过程中模拟体液挥发，所述缝隙形成器用于固定试样，并调节缝隙宽度，所述试样为人工关节材料，所述缝隙形成器及所述三电极电化学测试系统均设置在所述有机玻璃容器内，所述三电极电化学测试系统连接所述电化学测试设备。

可选的，所述缝隙形成器包括：缝隙形成器上板、缝隙形成器下板、螺钉、螺母、U型聚四氟乙烯薄膜，所述缝隙形成器下板上设置有台阶，所述台阶上设置有圆柱形凹槽，所述圆柱形凹槽用于固定所述试样，所述试样上焊接有导线，所述圆柱形凹槽上侧设置有垂直开口，用于将所述试样上的导线伸出装置外，所述缝隙形成器下板下端两侧及所述缝隙形成器上板两侧均设置有通孔，所述螺钉穿过所述通孔并通过所述螺母将所述缝隙形成器下板及缝隙形成器上板固定连接，所述缝隙形成器下板及缝隙形成器上板之间设置所述U型聚四氟乙烯薄膜，通过使用不同厚度的U型聚四氟乙烯薄膜调节所述缝隙形成器的缝隙宽度。