不锈钢中点蚀电位检测方案(电化学工作站)

动电位法测不锈钢血管支架的点蚀电位测试实验报告 武汉科思特仪器有限公司 在钝化金属表面上能引起点状腐蚀的最低电位值称为点蚀电位。点蚀是产生点状腐蚀，从金属表面向内部扩展，形成孔穴。不锈钢血管支架产品的点蚀电位指标是关系到植入人体的血管内固定产品的重要安全指标，所以点蚀电位测量的不确定度分析和依据标准判定其产品的合格界限是至关重要的。 测量原理：不锈钢在氧化性介质中能形成稳定的氧化膜而使金属处于钝态，从而有着良好的耐腐蚀性。但在含有氯离子的介质中，金属表面局部的钝化膜可受氯离子的作用而遭到破坏，从而导致金属的点蚀。本方法采用电化学原理，测定阳极极化曲线的方法来测定外科植入物-不锈钢产品在模拟人体生理环境中的点蚀电位。当电位达到某一电位值时，由于金属表面上的局部钝化膜被破坏，形成蚀点，电流密度迅速增大，这一电位值称作点蚀电位Eb。显然点蚀电位(Eb)值越大，金属的耐点蚀性能越好。 一．实验概述 产品名称：不锈钢血管支架 生产厂家：某医疗器械公司 试样编号： 支架1：Φ1.4*24.4mm 支架2：Φ1.4*24.4mm 支架3：Φ1.4*29.5mm 支架4：Φ1.4*33mm 试验日期：2018年10月15日 试验环境条件：恒温水浴37℃ 产品表面终端处理状态及条件：工作面在实验前用丙酮、乙醇清洗后，干燥备用。 二. 电化学测量体系介绍 试验溶液：9g/L氯化钠溶液用符合GB/T 1266规定的分析纯氯化钠2.25g溶于250ml蒸馏水中配置而成。 试验温度：37℃±1℃恒温水浴锅 试样面积：支架1—0.590cm2、支架2—0.590 cm2、支架3—0.739cm2、支架4—0.815cm2。 仪器型号：CS150电化学工作站 工作电极：血管支架样品 参比电极：Ag/AgCl电极 辅助电极：铂丝电极 三．阳极极化曲线测量 阳极极化曲线可以采用CS150电化学工作站软件中的“动电位扫描”方法，参数设置参见图2。其中的开路电位输出框显示自然腐蚀电位（每秒钟更新一次）。 图2.动电位扫描测医用支架点蚀电位的参数设置 图2中设定的初始电位为0V（相对开路电位），终止电位设置为阳极极化过电位2V，考虑到用户在测量开始前并不知道金属的实际点蚀电位位于何处，因此可以将终止电位设置值取大一些，尤其是对于钝性强的材料。扫描速率为0.34mV/s，当电流大于1mA/cm2时，电位扫描终止。 电位向正方向扫描至某一值时，钝化膜发生破裂，极化电流迅速增加，此时的极化电位称为破裂电位Eb。 图3. 医疗支架点蚀电位测量装置图 图4. 三电极体系装置图 实验前，工作面在实验前用丙酮、乙醇清洗，干燥后浸入测试溶液中进行动电位扫描。电位扫速为0.34mV/s，扫描前跟踪试样的开路电位，当开路电位变化率<=3mV/min后，即认为电极表面基本达到稳定状态。 在实验开始前，试样的测量面积和参比电极类型也需要进行设置，可以点击“电解池”进入设置，如下图5所示。另外，需要等待测量体系的电位稳定，可以点击参数设置面板的“工作站”控件，进入仪器设置界面，如下图6所示。 图5.试样面积和参比电极设置界面 图6. OCP稳定设置界面 启用“OCP稳定”功能后，可以点击开始实验。当体系稳定后，软件自动进行动电位扫描测试。 该过程也可以按照行业标准里写的等待10分钟后，即开始进行动电位扫描测试。测试完成后，仪器自动停止。 当开路电位稳定后，立刻开始极化曲线测量。一般认为，阳极电流急剧增加时，表示钝化膜击穿并发生点蚀，相应的电位点称为点蚀电位。对于某些电流增加缓慢的金属材料，国标规定，将阳极电流密度为100uA/cm2时的电位，规定为点蚀电位。点蚀电位越正，则材料的耐点蚀性能越好。 四、结果分析 在测试软件的工具栏，点击“打开数据文件”来打开测试的文件。将数据的坐标轴切换为“电位-log电流”，移动滑块选择图中电流急剧增大的一点。该点所对应的电位即为“点蚀电位”。如下图7所示。数据读取时，电位单位为V，保留小数点后三位有效数字。 图7. 1号样品在9g/LNaCl溶液中阳极极化曲线 从图7中我们可以看出，在电位为0.990V附近时，电流密度从10-5数量级急剧增大至10-4数量级，我们可以认为在该电位下，样品表面的钝化膜被击穿，发生了点蚀，该电位为样品1的破裂电位（点蚀电位）。 图8. 2、3、4号样品在9g/LNaCl中的阳极极化曲线图 2、3、4号样品没有出现类似1号样品中电流急剧增大的一点，因此只能通过电流密度为100uA/cm2时对应的电位来进行判定，电流密度可以通过电流值除以血管支架的表面积进行计算。 将4个样品的表面积分别代入分析软件中的电解池信息中（如图9所示）。 图9. 将样品表面积代入电解池信息 然后找到4个样品在100uA/cm2电流密度下对应的电位值，记录在表1中 表1 点蚀电位汇总表 样品编号 样品尺寸 表面积（单位：cm2） 电流密度为100uA/cm2时对应的电位值Eb（单位：V） 1 Φ1.4*24.4mm 0.590 0.992 2 Φ1.4*24.4mm 0.590 0.751 3 Φ1.4*29.5mm 0.739 0.750 4 Φ1.4*33mm 0.815 1.011 1号样品在100uA/cm2电流密度下对应的点蚀电位值为0.992V，和我们通过电流急剧增大判定出的点蚀电位0.990V非常接近，说明测试结果真实可靠。 综上所述，样品1、2、3、4对应的点蚀电位分别为0.990V、0.751V、0.750V、1.011V。 结果分析： 点蚀电位从大到小依次排序为：4＞1>>2＞3，耐蚀性的大小排序也是一致的：4＞1>>2＞3。 其中，1号样品和4号样品的点蚀电位较接近，2号样品和3号样品的点蚀电位较接近，说明：1号和4号样品的耐蚀性较接近，2号和3号样品的耐蚀性较为接近。 附录A 电流密度为100uA/cm2时的电位取点截图 附录B 相关参考文献和国标 YY/T 1074-2002 《外科植入物不锈钢产品点蚀电位》 GB/T 1266-1986 《化学试剂 氯化钠》 GBT 17899-1999《不锈钢蚀电位测量方法》 —1— 相关参考文献和国标YY/T 1074-2002 《外科植入物不锈钢产品点蚀电位》GB/T 1266-1986 《化学试剂 氯化钠》GBT 17899-1999《不锈钢蚀电位测量方法》