研究人員采用Zr／ZrN 多層涂層提升醫(yī)用鈦合金表面防護效果

醫(yī)用鈦合金由于具有質(zhì)量輕、 比強度高、 極好的生物相容性和耐腐蝕性等優(yōu)點， 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一步應(yīng)用。

安徽工業(yè)大學先進金屬材料綠色制備與表面技術(shù)教育部重點實驗室教授張世宏團隊通過在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。

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， 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(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制， 可為Zr／ZrN 多層涂層在醫(yī)用鈦合金表面防護的進一步應(yīng)用提供理論依據(jù)。