近日,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)室教授張世宏團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威期刊《腐蝕科學(xué)》(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)用鈦合金由于具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、極好的生物相容性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn),成為了人體植入體的首選材料,但其長期服役于人體環(huán)境產(chǎn)生易腐蝕磨損,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缺陷,易為腐蝕介質(zhì)的滲透提供“通道”,降低其腐蝕和腐蝕磨損性能,限制了其在骨植入件上的進(jìn)一步應(yīng)用。
研究團(tuán)隊(duì)通過在ZrN涂層中引入金屬鋯(Zr)層,形成Zr/ZrN多層涂層,降低涂層柱狀晶界和生長缺陷,進(jìn)而提高涂層在模擬人體溶液中的耐蝕和抗腐蝕磨損性能。
圖源:安徽工業(yè)大學(xué)
研究結(jié)果表明,多層涂層中的Zr層可優(yōu)先形成二氧化鋯(ZrO2)鈍化膜以及多層結(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多層涂層的腐蝕磨損性能。
據(jù)介紹,該研究工作揭示了腐蝕介質(zhì)在多層涂層中的滲透規(guī)律以及鈍化膜形成機(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)。
安徽工業(yè)大學(xué)為論文第一單位,團(tuán)隊(duì)成員蔡飛副教授為論文第一作者和通訊作者,2019級(jí)碩士研究生周祺為論文共同第一作者,張世宏為論文共同通訊作者。上述研究成果得到了安徽省自然科學(xué)基金、安徽高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目等計(jì)劃支持。