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(guó)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(zhǎng)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(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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(zhǎng)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。

(a) Zr/ZrN多層涂層結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 腐蝕磨損實(shí)驗(yàn)示意圖

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(guò)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(guò)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。

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https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111002