2023年1月， 安徽工業大學先進金屬材料綠色制備與表面技術教育部重點實驗室張世宏教授團隊在《Corrosion Science》上發表了醫用鈦合金表面防護的最新研究成果。
醫用鈦合金具有密度小、 比強度高、 生物相容性好和耐腐蝕性優良等特點， 是人體植入體的首選材料， 但其長期服役于人體環境中易產生腐蝕磨損， 進而影響鈦合金植入件的功能。 物理氣相沉積(簡稱PVD)技術所制備的氮化鋯(ZrＮ)涂層具有優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涂層。 但 ZrN涂層中存在的柱狀晶界和生長缺陷， 易為腐蝕介質的滲透提供“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一步應用。
張世宏教授研究團隊通過在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缺陷， 進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。 研究結果表明， 多層涂層中的 Zr 層可優先形成ZrＯ２鈍化膜， 且多層結構能夠有效抑制腐蝕介質的滲透， 使其具有良好的耐蝕性能。 同時， Zr 金屬層的引入抑制了磨損過程中的裂紋擴展， 進一步提升了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在多層涂層中的滲透規律以及鈦合金表面鈍化膜的形成機理， 闡明了腐蝕磨損過程中腐蝕介質與裂紋的交互作用機制， 可為Zr/ZrN多層涂層在醫用鈦合金表面防護的進一步應用提供理論依據。
來源: 安徽工業大學官網
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