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    我校張世宏教授團隊在國際權威期刊發表醫用鈦合金表面防護最新研究成果

    發布時間:2023-02-02   文章來源:材料學院   瀏覽:

    近日,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國際權威期刊《Corrosion Science》發表醫用鈦合金表面防護的最新研究成果?!禖orrosion Science》是中科院一區Top期刊,影響因子7.72,是材料失效與保護研究領域最重要的期刊之一,旨在報道材料腐蝕與防護相關基礎和應用研究的最新成果,在國際腐蝕領域享有高度學術聲譽。我校為論文第一單位,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共同第一作者,張世宏教授為共同通訊作者。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支持。

    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而成為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(例如“針孔”)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。

    (a Zr/ZrN多層涂層結構示意圖

    b腐蝕磨損實驗示意圖)


    (Zr/ZrN多層涂層在SBF溶液中的EIS圖譜)


    (a單一ZrN涂層動電位極化實驗后的TOF-SIMS結果

    b Zr/ZrN多層涂層動電位極化實驗后的TOF-SIMS結果)


    (Zr/ZrN多層涂層腐蝕磨損結果)


    (多層涂層的腐蝕磨損機制示意圖)

    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,降低涂層柱狀晶界和生長缺陷,進而提高涂層在模擬人體溶液(SBF)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。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。

    論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111002

    (撰稿:汪盛顏 審核:張世宏 李永濤 張苒 杜飛)

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