纳米晶Ta2N涂层在模拟人体环境中的耐蚀性能研究
为了改善植入钛合金材料在人体环境中耐蚀性能,采用双阴极等离子反应溅射沉积方法,在医用Ti-6Al-4V钛合金表面制备了厚度为40 μm、平均晶粒尺寸为12.8 nm的Ta2N纳米晶涂层.采用纳米压入仪、Vikers压痕仪和划痕仪考察了Ta2N纳米晶涂层的硬度、弹性模量、韧性以及涂层与基体间的结合力.结果表明,Ta2N涂层的硬度和弹性模量分别为(32.1+1.6) GPa和(294.8+4.2) GPa,涂层与基体的结合力为56N;在压入载荷为0.49～9.8N下,Vikers压痕表面以及横断面均未观察到微裂纹,反映其具有较高的压痕韧性.采用动电位极化、电化学阻抗谱、恒电位极化和电容测量(Mott-Schottky)等多种电化学表征技术,对Ta2N涂层在Ringer's生理溶液中的电化学腐蚀行为进行了深入研究,并从钝化膜组成、致密性和半导体特性3个方面探讨了涂层的腐蚀防护机理.结果表明,在Ringer's生理溶液中,Ta2N涂层表面形成的钝化膜更加致密,其腐蚀抗力明显优于Ti-6Al-4V合金.XPS分析结果表明,在较低的极化电位下,Ta2N涂层的钝化膜主要由TaOxNy构成,随着外加极化电位的升高,其进一步氧化形成Ta2O5;电容测试结果表明,Ta2N涂层表面所生成的钝化膜具有n型半导体特征,其施主浓度和载流子扩散系数明显低于Ti-6A1-4V合金表面生成的钝化膜.
Ta-N涂层、Ti-6Al-4V合金、电化学腐蚀、钝化膜、半导体特性
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O646.6(物理化学（理论化学）、化学物理学)
国家自然科学基金项目Nos.51374130和51675267及国家自然科学基金重点项目No.51635004
2018-06-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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