掃描電鏡應(yīng)用于研究β鈦合金在生理鹽水中的應(yīng)力腐蝕開裂行為

β鈦合金以其無毒、耐腐蝕性強、與人體細(xì)胞組織的相容性好、不發(fā)生過敏反應(yīng)、具有較高強度和較低的彈性模量等優(yōu)點，常作為生物工程材料。在口腔醫(yī)學(xué)、人工關(guān)節(jié)、心臟支架等方面均有巨大的應(yīng)用潛力。然而，服役于人體環(huán)境的金屬材料，不可避免地受到腐蝕介質(zhì)和外加應(yīng)力的共同作用。在力學(xué)-化學(xué)的交互作用下，材料易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂、腐蝕疲勞等失效行為。其中，應(yīng)力腐蝕開裂是一種隱蔽性很強、危險性極高的失效形式。其特點是金屬設(shè)備在較低的應(yīng)力下發(fā)生脆性斷裂，斷裂前無任何征兆，極易引發(fā)災(zāi)難性事故。為保證β鈦合金在人體中的服役安全，需對其應(yīng)力腐蝕開裂行為進(jìn)行研究。在金屬材料學(xué)領(lǐng)域，利用掃描電鏡觀察材料的斷口特征是揭示其應(yīng)力腐蝕機制的重要手段之一。

實驗材料選用擠壓態(tài)Ti-12Mo單相β型鈦合金，采用萬能電子拉伸機在空氣和0.9 % NaCl溶液（生理鹽水）中對合金進(jìn)行慢拉伸測試，應(yīng)變速率為10^-6/s。采用EM科特Cube-II掃描電鏡 (SEM) 對溶液中失效的合金斷口及斷口側(cè)面區(qū)域進(jìn)行觀察。
 

利用EM科特Cube-II掃描電鏡可以對Ti-12Mo合金進(jìn)行微觀組織表征。由圖1可知，該合金由單獨的β晶粒組成，晶粒沿擠壓方向 (ED) 呈現(xiàn)拉長特征，各個β晶粒間由晶界分隔。
 

表1為空氣和生理鹽水中Ti-12Mo合金的力學(xué)性能指標(biāo)，可以看出，在生理鹽水中，Ti-12Mo的強度和塑性損失率均很低，表明合金在生理鹽水中幾乎不存在應(yīng)力腐蝕開裂風(fēng)險。

表1 空氣和生理鹽水中Ti-12Mo合金的力學(xué)性能指標(biāo)

利用EM科特Cube-II掃描電鏡可以實現(xiàn)對Ti-12Mo合金的應(yīng)力腐蝕失效分析，如圖2所示。圖2 (a) 和2 (b) 分別為溶液中失效樣品斷口側(cè)面的二次電子 (SE) 和背散射 (BSE) 形貌。由圖可知，合金斷口側(cè)面不存在明顯腐蝕區(qū)域，多數(shù)二次裂紋萌生于晶界處，另有少部分裂紋萌生于晶粒內(nèi)部的滑移帶堆積處。