一种医用镁合金应力腐蚀测试装置

1.本实用新型属于应力腐蚀测试技术领域，具体涉及一种医用镁合金应力腐蚀测试装置。


背景技术：

2.目前，被广泛应用于临床的金属植入材料包括不锈钢、钴铬合金及钛合金等材料在人体内不易降解，对只需材料起到支撑作用的病人来讲，在人体组织功能恢复以后还需要经过二次手术取出，不但增加了患者的痛苦、并且还增加了二次手术的风险。与这些材料相比，医用镁合金有着完全可降解性，在植入人体后，伴随着人体恢复，镁合金通过腐蚀不断降解，并且可以随着人体的新陈代谢排出体外，减少患者的痛苦以及二次取出的风险。
3.但是金属镁因为其较低的标准电极电位(-2.37v)，在植入人体后容易发生腐蚀，导致医用镁合金有着较差的耐腐蚀性能，并且镁合金在人体体液中时，会持续受到应力的作用，这就更会使得镁合金的腐蚀速率无法预测，导致镁合金更早的失去力学稳定性，不利于人体骨组织的恢复和生长，因此需要关注其应力腐蚀。
4.cn106872349a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，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，但是其测量的应力类型有限，仅是静态的压应力，对于动态的压应力和拉应力、静态的拉应力并不能测量，并且通过调节螺杆难以保证压力大小的准确，同时测试过程中材料受到的力数值是否发生变化无法确认。此外m.peron设计了一种应力腐蚀装置(m.peron,r.bertolini,a.ghiotti,j.torgersen,s.bruschi,f.berto.enhancement of stress corrosion of az31 magnesium alloy in simulated body fluid thanks to cryogenic machining[j].journal of the mechanical behavior of biomedical materials,2020,101)，但该装置没有延长杆的支持，液池以及液池内部的溶液重量都会累加在液池与试样的底部连接处，在长时间慢应变速率拉伸下，液池可能会下滑，里面的溶液会从缝隙处渗出。


技术实现要素：

[0005]
为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种医用镁合金应力腐蚀测试装置，装置简单，能够对试验件施加静态以及动态的拉应力和压应力，拉应力和压应力的大小以及拉伸速率可调，同时模拟液装载槽和保温槽不会下滑。
[0006]
为解决现有技术的不足，本实用新型提供的技术方案为：
[0007]
一种医用镁合金应力腐蚀测试装置，包括模拟液装载槽、保温槽、延长杆一、延长杆二、试验件、拉伸试验机和电化学测量组件；
[0008]
所述模拟液装载槽上端开口，底端设有测试孔，模拟液装载槽内装有模拟液，设有温度传感器；
[0009]
所述保温槽套设在模拟液装载槽外侧，用于维持模拟液装载槽内模拟液的温度恒
定；
[0010]
所述试验件竖直设立，包括测试部和位于所述测试部上下两端的连接部；所述连接部用密封胶密封，所述测试部暴露在模拟液中；
[0011]
所述延长杆一竖直设立，上端与所述拉伸试验机的夹具连接，下端与所述试验件的连接部固定连接；
[0012]
所述延长杆二竖直设立，穿入所述测试孔并与模拟液装载槽的底端固定连接；上端与所述试验件的连接部固定连接，下端与所述拉伸试验机的夹具连接；延长杆二与试验件的连接处、延长杆二与模拟液装载槽底端的连接处通过密封胶密封；
[0013]
所述电化学测量组件包括参比电极、辅助电极和电化学工作站；所述参比电极一端与电化学工作站相连，另一端插入模拟液中；所述辅助电极一端与电化学工作站相连，另一端插入模拟液中；电化学工作站通过导线与试验件的测试部固定连接。
[0014]
优选的，所述试验件的测试部和连接部均为圆柱形，连接部的直径大于测试部。
[0015]
优选的，所述延长杆一为圆柱形，下端设有用于插入所述试验件连接部的内孔一，下部外表面设有螺纹；
[0016]
所述延长杆二包括延长部和支撑部，所述延长部和支撑部均为圆柱形，支撑部的直径大于所述测试孔，延长部的直径小于所述测试孔；延长部的上端设有用于插入所述试验件连接部的内孔二，延长部的上部外表面设有螺纹。
[0017]
优选的，所述模拟液装载槽包括水平设置的圆板一和竖直固定在所述圆板一上的圆管一；
[0018]
所述测试孔位于所述圆板一中心；
[0019]
所述保温槽包括水平设置、呈环状的板二和竖直固定在所述板二上的圆管二；所述圆管二位于所述圆管一外围，与圆管一同心；
[0020]
所述板二与所述圆板一位于同一水平面，内侧与所述圆板一的外侧固定连接。
[0021]
优选的，所述圆管一的高度为95～100mm，外径为60～75mm；所述圆管二的高度为75～80mm，外径为105～115mm。
[0022]
优选的，还包括防漏槽；所述防漏槽包括水平设置、呈环状的板三和竖直固定在所述板三上的圆管三；
[0023]
所述圆管三与所述圆管一同心，圆管三的高度高于所述圆管二；
[0024]
所述圆管二上端设有漏液槽；
[0025]
所述板三与所述板二位于同一水平面，内侧与所述板二的外侧固定连接，板三上设有漏液孔。
[0026]
优选的，所述圆管三的高度为85～90mm，外径为130～140mm。
[0027]
优选的，还包括加热装置和蠕动泵；所述保温槽外壁设有循环水孔一和循环水孔二；所述循环水孔一位于所述循环水孔二正上方；所述加热装置用于加热外部循环水，加热装置的出水口通过管路依次连接所述蠕动泵和循环水孔二，加热装置的回水口通过管路连接循环水孔一。
[0028]
优选的，所述测试孔的直径为10～12mm。
[0029]
优选的，所述电化学测量组件还包括感应电极，所述感应电极一端与试验件的测试部固定相连，另一端与电化学工作站相连，感应电极浸没在模拟液内。
[0030]
本实用新型的有益效果：
[0031]
1)本实用新型通过模拟液装载槽模拟人体环境，通过拉伸试验机对试验件施加静态以及动态的拉应力和压应力，拉伸速率可调，拉应力和压应力的大小精准，同时设置的延长杆二在连接试验件和拉伸试验机的同时可作为支撑件支撑模拟液装载槽和保温槽，防止测试过程中模拟液装载槽和保温槽下滑；
[0032]
2)本实用新型通过外接循环水避免因内置加热棒造成的额外质量、保温槽空间增大引起的保温槽重量增大，能够减少延长杆二的支撑重量；
[0033]
3)本实用新型采用蠕动泵，有利于保持保温槽内外部循环水的稳定性。
附图说明
[0034]
图1为本实用新型提供的医用镁合金应力腐蚀测试装置的示意图；
[0035]
图2为本实用新型提供的模拟液装载槽、保温槽和防漏槽的俯视图；
[0036]
图3为图2中a-a面的剖视图；
[0037]
图4为试验件、底板、延长杆二连接处的剖视图；
[0038]
其中，1为底板；2为测试孔；3为漏液孔；4为圆管一；5为圆管二；6为圆管三；7为循环水孔一；8为循环水孔二；9为漏液槽；10为延长杆一；11为延长杆二；12为拉伸试验机；13为试验件；14为电化学工作站；15为参比电极；16为辅助电极；18为感应电极，19为螺母。
具体实施方式
[0039]
下面结合实施方式对本实用新型作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0040]
本发明实施例提供一种医用镁合金应力腐蚀测试装置，包括模拟液装载槽、保温槽、延长杆一、延长杆二、试验件、拉伸试验机和电化学测量组件；其中，模拟液装载槽上端开口，底端设有测试孔，模拟液装载槽内装有模拟液，模拟液装载槽内设有温度传感器；保温槽套设在模拟液装载槽外侧，用于维持模拟液装载槽内模拟液的温度恒定；试验件竖直设立，包括测试部和位于测试部上下两端的连接部；连接部用密封胶密封，测试部暴露在模拟液中；延长杆一竖直设立，上端与拉伸试验机的夹具连接，下端与试验件的连接部固定连接；延长杆二竖直设立，穿入测试孔并与模拟液装载槽的底端固定连接；上端与试验件的连接部固定连接，下端与拉伸试验机的夹具连接；延长杆二与试验件的连接处、延长杆二与模拟液装载槽底端的连接处通过密封胶密封；电化学测量组件包括参比电极、辅助电极和电化学工作站；参比电极一端与电化学工作站相连，另一端插入模拟液中；辅助电极一端与电化学工作站相连，另一端插入模拟液中；电化学工作站通过导线与试验件的测试部固定连接，试验件作为工作电极。
[0041]
使用时，试验件材质为镁合金，其测试部与导线焊接固定。模拟液淹没测试部即可。除测试部以外，连接部、延长杆二与试验件的连接处、延长杆二与模拟液装载槽底端的连接处先用聚四氟乙烯生料带缠裹，再用k-704白胶(有机硅)涂覆的形式密封，防止非测试部分遭受模拟液腐蚀。
[0042]
本实用新型通过模拟液装载槽模拟人体环境，通过电化学工作站测量开路电位、阻抗图谱，通过拉伸试验机对试验件施加静态以及动态的拉应力和压应力，拉伸速率可调，
拉应力和压应力的大小精准，同时设置的延长杆二在连接试验件和拉伸试验机的同时可作为支撑件支撑模拟液装载槽和保温槽，防止测试过程中模拟液装载槽和保温槽下滑。
[0043]
在本实用新型的可选实施例中，试验件的测试部和连接部均为圆柱形，连接部的直径大于测试部。
[0044]
在本实用新型的可选实施例中，延长杆一为圆柱形，下端设有用于插入试验件连接部的内孔一，下部外表面设有螺纹；延长杆二包括延长部和支撑部，延长部和支撑部均为圆柱形，支撑部的直径大于测试孔，延长部的直径小于测试孔；延长部的上端设有用于插入试验件连接部的内孔二，延长部的上部外表面设有螺纹。使用时，将试验件的连接部插入内孔一、内孔二后，通过螺母将试验件与延长杆一、延长杆二的连接处锁紧。
[0045]
在本实用新型的可选实施例中，医用镁合金应力腐蚀测试装置还包括加热装置和蠕动泵；保温槽外壁设有循环水孔一和循环水孔二；循环水孔一位于所述循环水孔二正上方；加热装置用于加热外部循环水，加热装置的出水口通过管路依次连接蠕动泵和循环水孔二，加热装置的回水口通过管路连接循环水孔一。加热装置可以为水浴锅。本实用新型通过加热装置和蠕动泵加热驱动外部循环水，使模拟液装载槽内温度保持在37
±
0.5℃。外接循环水可以避免因内置加热棒造成的额外质量、保温槽空间增大引起的保温槽重量增大，减少延长杆二的支撑重量。蠕动泵流速小，有利于保持保温槽内外部循环水的稳定。
[0046]
在本实用新型的可选实施例中，模拟液装载槽包括水平设置的圆板一和竖直固定在圆板一上的圆管一；测试孔位于圆板一中心；保温槽包括水平设置、呈环状的板二和竖直固定在板二上的圆管二；圆管二位于圆管一外围，与圆管一同心；板二与圆板一位于同一水平面，内侧与圆板一的外侧固定连接。
[0047]
在本实用新型的可选实施例中，圆管二的高度低于圆管一的高度，能够避免保温槽内的外部循环水流入模拟液装载槽内。
[0048]
在本实用新型的可选实施例中，圆管一的高度为95～100mm，外径为60～75mm。
[0049]
在本实用新型的可选实施例中，圆管二的高度为75～80mm，外径为105～115mm。
[0050]
在本实用新型的可选实施例中，医用镁合金应力腐蚀测试装置还包括防漏槽；防漏槽包括水平设置、呈环状的板三和竖直固定在板三上的圆管三；圆管三与圆管一同心，圆管三的高度高于圆管二；圆管二上端设有漏液槽；板三与板二位于同一水平面，内侧与板二的外侧固定连接，板三上设有漏液孔。漏液孔可外接管路连接至容器内。防漏槽用于防止保温槽内的外部循环水外漏，外部循环水可从漏液槽流入防漏槽，并由漏液孔流出防漏槽。
[0051]
在本实用新型的优选实施例中，可由整体的圆形的底板和同心设置、竖直固定在圆形底板上的圆管一、圆管二和圆管三组成由内到外依次排列的模拟液装载槽、保温槽和防漏槽。
[0052]
在本实用新型的可选实施例中，圆管三的高度为85～90mm，外径为130～140mm。
[0053]
在本实用新型的可选实施例中，圆板一、板二、板三、圆管一、圆管二、圆管三的材质为有机玻璃、亚克力、聚氯乙烯等。
[0054]
在本实用新型的可选实施例中，测试孔的直径为10～12mm。
[0055]
在本实用新型的可选实施例中，电化学测量组件还包括感应电极，感应电极一端与试验件的测试部固定相连，另一端与电化学工作站相连，感应电极浸没在模拟液内。增加感应电极能增加测试时的稳定性。
[0056]
本实用新型所述装置结构简单、易于操作使用，可方便测试医用镁合金应力腐蚀性能，也适用于其他材料的应力腐蚀测试。
[0057]
实施例一
[0058]
一种医用镁合金应力腐蚀测试装置，包括模拟液装载槽、保温槽、防漏槽、延长杆一、延长杆二、拉伸试验机、水浴锅、蠕动泵、试验件、电化学工作站、参比电极、辅助电极、感应电极。参见图2及图3，其中，底板1和同心设置、竖直固定在圆形的底板1上的圆管一4、圆管二5和圆管三6组成由内到外依次排列的模拟液装载槽、保温槽和防漏槽，其中底板1直径为140mm，圆管一4高为100mm，外径为75mm，圆管二5的高为80mm，外径为115mm，圆管二6的高为90mm，外径为140mm。底板1、圆管一4、圆管二5和圆管三6材质均为有机玻璃，圆管一4、圆管二5和圆管三6的底部与底板1的上表面粘结固定并用有机硅进行密封。底板1的中心设有测试孔2，直径为10mm。底板1的边缘设有漏液孔3，漏液孔3位于圆管二5和圆管三6之间，直径为4mm。圆管二5上端设有漏液槽9，漏液槽9为方形，尺寸为10*10mm。模拟液装载槽用于盛放模拟液，模拟液的温度为37
±
0.5℃，模拟液装载槽内设有温度传感器。圆管二5侧面设有循环水孔一7和循环水孔二8；循环水孔一7位于循环水孔二8正上方，循环水孔一和循环水孔二直径均为10mm，循环水孔二的下端距离底板上表面2.5mm，循环水孔一和循环水孔二之间相距40mm。参见图1，试验件13的连接部和测试部均为圆柱形。延长杆一10竖直设立，上端与拉伸试验机12的夹具连接，下端设有内孔一，待试验件13上端插入内孔一后，通过螺母固定。参见图1及图4，延长杆二11竖直设立，包括位于上方的延长部和下方的支撑部，延长部和支撑部均为圆柱形，支撑部的直径大于测试孔，延长部的直径小于测试孔，延长部上端穿入测试孔，延长部上端设有内孔二，待试验件13插入内孔二后用螺母19锁紧，支撑部下端与拉伸试验机12的夹具连接。循环水孔一和循环水孔二通过管路连接水浴锅，循环水孔二与水浴锅相连的管路上设有蠕动泵，管路与循环水孔一和循环水孔二的连接处采用有机硅进行密封。参见图1，试验件13作为工作电极、其测试部表面通过电线与电化学工作站14连接，感应电极18一端与测试部表面连接，另一端与电化学工作站14连接，参比电极15、辅助电极16一端插入模拟液中，另一端分别用导线与电化学工作站14连接。除测试部以外，试验件暴露于模拟液中的其他部位、延长杆二与试验件的连接处、延长杆二与底板的连接处采用密封胶密封。
[0059]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。