近日，重点实验室张世宏教授团队在国际权威期刊《Corrosion Science》发表医用钛合金表面防护的最新研究成果。《Corrosion Science》是中科院一区Top期刊，影响因子7.72，是材料失效与保护研究领域最重要的期刊之一，旨在报道材料腐蚀与防护相关基础和应用研究的最新成果，在国际腐蚀领域享有高度学术声誉。重点实验室为论文第一单位，实验室固定成员蔡飞副教授为论文第一作者和通讯作者，硕士研究生周祺为共同第一作者，张世宏教授为共同通讯作者。上述研究成果得到了安徽省自然科学基金、安徽高校自然科学研究项目等支持。
医用钛合金由于具有质量轻、比强度高、极好的生物相容性和耐腐蚀性等优点而成为人体植入体的首选材料，但其长期服役于人体环境产生易腐蚀磨损，进而影响钛合金植入件的功能。物理气相沉积（简称PVD）技术所制备的ZrN涂层具有优异的抗磨性能和生物相容性，使其成为骨植入件的重要防护涂层。但ZrN涂层中存在的柱状晶界和生长缺陷(例如“针孔”)易为腐蚀介质的渗透提供“通道”，降低其腐蚀和腐蚀磨损性能，限制了其在骨植入件上的进一步应用。
（a Zr/ZrN多层涂层结构示意图
b腐蚀磨损实验示意图）
（Zr/ZrN多层涂层在SBF溶液中的EIS图谱）
（a单一ZrN涂层动电位极化实验后的TOF-SIMS结果
b Zr/ZrN多层涂层动电位极化实验后的TOF-SIMS结果）
（Zr/ZrN多层涂层腐蚀磨损结果）
（多层涂层的腐蚀磨损机制示意图）
研究团队通过在ZrN涂层中引入金属Zr层形成Zr/ZrN多层涂层，降低涂层柱状晶界和生长缺陷，进而提高涂层在模拟人体溶液（SBF）中的耐蚀和抗腐蚀磨损性能。研究结果表明：多层涂层中的Zr层可优先形成ZrO2钝化膜以及多层结构能够有效抑制腐蚀介质的渗透，使其具有良好的耐蚀性能。同时，Zr金属层的引入抑制了磨损过程中的裂纹扩展，进一步提升了Zr/ZrN多层涂层的腐蚀磨损性能。研究工作揭示了腐蚀介质在多层涂层中的渗透规律以及钝化膜形成机理，阐明了腐蚀磨损过程中腐蚀介质与裂纹的交互作用机制，可为Zr/ZrN多层涂层在医用钛合金表面防护的进一步应用提供理论依据。（撰稿：张林 审核：张世宏）
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111002
