安徽工業大學新成果提升醫用鈦合金表面防護效果

近日，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教授張世宏團隊在國際權威期刊《腐蝕科學》（Corrosion Science）上發表了醫用鈦合金表面防護的最新研究成果。

醫用鈦合金由于具有質量輕、比強度高、極好的生物相容性和耐腐蝕性等優點，成為了人體植入體的首選材料，但其長期服役于人體環境產生易腐蝕磨損，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”，降低其腐蝕和腐蝕磨損性能，限制了其在骨植入件上的進一步應用。

研究團隊通過在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多層涂層結構示意圖，b 腐蝕磨損實驗示意圖。 安徽工業大學供圖

研究結果表明，多層涂層中的Zr層可優先形成二氧化鋯（ZrO2）鈍化膜以及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多層涂層的腐蝕磨損性能。

據介紹，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鈍化膜形成機理，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。

安徽工業大學為論文第一單位，團隊成員蔡飛副教授為論文第一作者和通訊作者，2019級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基金、安徽高校自然科學研究項目等計劃支持。