2023年1月， 安徽工業(yè)大學(xué)先進(jìn)金屬材料綠色制備與表面技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張世宏教授團(tuán)隊(duì)在《Corrosion Science》上發(fā)表了醫(yī)用鈦合金表面防護(hù)的最新研究成果。
醫(yī)用鈦合金具有密度小、 比強(qiáng)度高、 生物相容性好和耐腐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)， 是人體植入體的理想材料， 但其長(zhǎng)期服役于人體環(huán)境中易產(chǎn)生腐蝕磨損， 進(jìn)而影響鈦合金植入件的功能。 物理氣相沉積(簡(jiǎn)稱PVD)技術(shù)所制備的氮化鋯(ZrＮ)涂層具有優(yōu)異的抗磨性能和生物相容性， 使其成為骨植入件的重要防護(hù)涂層。 但 ZrN涂層中存在的柱狀晶界和生長(zhǎng)缺陷， 易為腐蝕介質(zhì)的滲透提供“通道”， 降低其耐腐蝕和抗腐蝕磨損性能， 限制了其在骨植入件上的進(jìn)一步應(yīng)用。
張世宏教授研究團(tuán)隊(duì)通過在ZrN涂層中引入金屬Zr層， 形成 Zr/ZrN多層涂層， 降低了涂層柱狀晶界和生長(zhǎng)缺陷， 進(jìn)而提高了涂層在模擬人體溶液中的耐蝕和抗腐蝕磨損性能。 研究結(jié)果表明， 多層涂層中的 Zr 層可優(yōu)先形成ZrＯ２鈍化膜， 且多層結(jié)構(gòu)能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的滲透， 使其具有良好的耐蝕性能。 同時(shí)， Zr 金屬層的引入抑制了磨損過程中的裂紋擴(kuò)展， 進(jìn)一步提升了Zr/ZrN多層涂層的抗腐蝕磨損性能。
該研究工作揭示了腐蝕介質(zhì)在多層涂層中的滲透規(guī)律以及鈦合金表面鈍化膜的形成機(jī)理， 闡明了腐蝕磨損過程中腐蝕介質(zhì)與裂紋的交互作用機(jī)制， 可為Zr/ZrN多層涂層在醫(yī)用鈦合金表面防護(hù)的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。
來源: 安徽工業(yè)大學(xué)官網(wǎng)
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