新涂層提高醫用植入鈦合金的耐磨耐蝕性能

廣東省科學院中烏焊接研究所鈦合金焊接團隊科研人員利用雙相納米柱狀晶結構TiZrNb涂層提高了醫用植入鈦合金的耐磨耐蝕性能。

鈦合金由于其優秀的生物相容性，在生物醫用植入材料領域具有廣闊的發展前景，含有生物友好元素鈮(Nb)和鋯(Zr)的鈦合金是目前的研究熱點。Zr元素作為Ti的同族元素可強化密排六方α相結構并改善鈦合金力學性能，在Ti-Zr合金中進一步加入具有生物相容性的Nb元素可以穩定表面鈍化層，從而降低合金的點蝕敏感性。同時，表面腐蝕產物Nb2O5以及ZrO2相對穩定，溶解度低，有助于改善材料整體的耐蝕性能。

研究人員在前期研究基礎上，利用超高真空磁控濺射方法在Ti6Al4V基體表面成功獲得了(α+β)雙相結構的納米柱狀晶TiZrNb合金涂層。研究表明，該雙相納米柱狀晶涂層具有優異的耐磨以及耐腐蝕性能。摩擦磨損測試后涂層的最小失重和磨損率僅為1.2 mg和7.5×10-4mm3/(N·m)，分別有效降低了65.7%和34.2%。

同時，由于含有Nb、Zr氧化物的雙鈍化層存在，在電化學測試中表現出更高的穩定性，最小腐蝕電流密度為20.50 nA/cm2，最大極化電阻為2.67×103 kΩ·cm2，耐蝕性能有效提高了161.8%，所獲性能優于現有報道同類應用合金涂層。

該研究為Ti6Al4V合金的表面改性提供了一種新材料，同時也為生物醫學植入材料的進一步發展提供了新的思路。