【摘 要】
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镁合金具有优异的生物相容性以及可降解性能,其力学性能与天然骨相近,是一种很有潜力的生物可降解植入材料。但是过快的降解速度会导致植入体提前失效,从而制约了镁合金的临床应用。碳化钽陶瓷具有优异的耐腐蚀性能以及耐磨损性能,然而碳化钽与镁合金的物性参数不匹配,两者结合性能差。为提高涂基结合强度,本文采用磁控溅射技术在ZK60镁合金表面设计并制备了TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层,并围绕涂层的结构设计、制
【基金项目】
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湖南省自然科学基金项目（编号2019JJ60059）； 湖南省教育厅科学研究重点项目（20A159）；
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镁合金具有优异的生物相容性以及可降解性能,其力学性能与天然骨相近,是一种很有潜力的生物可降解植入材料。但是过快的降解速度会导致植入体提前失效,从而制约了镁合金的临床应用。碳化钽陶瓷具有优异的耐腐蚀性能以及耐磨损性能,然而碳化钽与镁合金的物性参数不匹配,两者结合性能差。为提高涂基结合强度,本文采用磁控溅射技术在ZK60镁合金表面设计并制备了TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层,并围绕涂层的结构设计、制备、微观结构、结合强度、摩擦学特性和腐蚀行为进行了系统地研究。基于功能梯度材料理论,设计了新型TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层。该涂层中Mg为粘接层;TaC为功能层,起耐磨和耐腐作用;TaC-Mg为梯度中间层,其作用是提高涂层/基底之间的结合强度。采用有限元方法分析了ZK60表面TaC单层、TaC/Mg双层、TaC/TaC+Mg/Mg多层以及TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层的残余应力分布特征,研究了梯度涂层的结构参数、基底温度对涂层残余应力的影响,优化了梯度涂层结构。结果表明:（1）梯度涂层的残余应力明显小于单层、双层涂层;（2）梯度涂层的残余应力随梯度层数和厚度的增加而降低,随基底温度的升高而增加;（3）梯度涂层的最优结构参数组合为梯度层数7,梯度各层厚度0.7μm,粘结层厚度0.3μm。采用磁控溅射技术在ZK60表面沉积了TaC单层、TaC/Mg双层、TaC/TaC+Mg/Mg多层以及TaC/TaC-Mg/Mg梯度涂层（代号分别为TM1、TM2、TM3和TM4）四种TaC基涂层,研究了涂层试样的微观结构、物相成分、润湿性能、结合强度、摩擦学特性以及耐腐蚀性能。结果表明:（1）TM4涂层的TaC-Mg梯度中间层结构致密,其它膜层呈柱状多孔结构;（2）TM4涂层表面含有TaC、Ta2O5、Mg和Mg O相,涂层内部存在元素扩散;（3）随着中间层的增加,TaC基涂层试样的粗糙度增大,接触角增大,亲水性降低;（4）TM4涂层的结合力为9 N,较TM1、TM2和TM3涂层分别提高140%、125%和50%;（5）四种TaC基涂层均能提高ZK60的耐磨性和耐蚀性,其中TM4涂层具有最好的耐磨性和耐蚀性,相比于ZK60镁合金,其磨损率降低一个数量级,腐蚀电流密度减小73.8%。
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