TiB2与BN涂层对医用钴铬合金表面性能的多维度优化：从力学增强到辐射防护

为解决钴铬(CoCr)合金植入体长期存在的磨损、腐蚀及辐射防护不足等问题，研究人员通过物理气相沉积(PVD)技术在选择性激光熔化(SLM)成型的CoCr合金表面制备TiB2和氮化硼(BN)涂层。研究发现两种涂层均显著提升硬度(增幅达16.2%和15.9%)，其中BN降低摩擦系数，TiB2增强耐磨性；辐射测试显示TiB2在1.173 MeV能量下具有更优的线性衰减系数(LAC)和半值层(HVL)性能。该研究为开发兼具力学耐久性与辐射防护功能的医用植入体提供了新策略。

　　

在骨科和牙科植入物领域，钴铬(CoCr)合金凭借其优异的机械强度和耐腐蚀性长期占据主导地位。然而当这些金属植入物被植入人体后，会面临三重挑战：关节部位的持续摩擦导致磨损颗粒释放引发炎症，体液环境加速金属离子析出，而患者接受CT检查或放疗时植入体又可能成为辐射散射源。更棘手的是，现有技术往往只能单独解决某一问题——比如银涂层虽提升耐蚀性却对耐磨性无改善，铌钽合金又缺乏辐射防护功能。这种"头痛医头"的改良方式，难以满足现代医疗对植入体"全能化"的需求。

加济大学(Gazi University)的研究团队独辟蹊径，选择两种特性迥异的陶瓷材料——硬度冠军钛二硼化物(TiB₂)和"固体润滑剂"六方氮化硼(BN)作为涂层材料，通过物理气相沉积(PVD)技术将其复合在选择性激光熔化(SLM)成型的CoCr合金表面。这项发表在《Radiation Physics and Chemistry》的研究，首次实现了医用金属在力学性能与辐射防护能力的协同提升。

研究采用三大关键技术：通过SLM技术制备符合ISO 22674标准的CoCr合金基板；采用PVD工艺控制TiB₂和BN涂层的均匀沉积；结合扫描电镜(SEM)表征、硬度测试、摩擦学实验以及⁶⁰Co放射源辐射衰减测试进行多维度评价。

【SEM】
500倍和10.0k倍显微图像显示，两种涂层均呈现致密均匀的结构，TiB₂涂层厚度与理论计算值误差小于3%，BN涂层则展现出典型的层状堆叠特征。这种结构完整性为后续性能提升奠定基础。

【LAC-MAC】
在1.173 MeV能量下，TiB₂涂层的线性衰减系数(LAC)比基体提高27%，质量衰减系数(MAC)提升19%，其半值层(HVL)比BN涂层薄15%。但值得注意的是，在1.332 MeV时防护效能下降，揭示出能量依赖性衰减规律。

【机械性能】
显微硬度测试出现戏剧性对比：TiB₂组表面硬度达425 HV，BN组为419 HV，较未涂层合金分别提升16.2%和15.9%。摩擦实验中，BN涂层将摩擦系数从0.68降至0.52，而TiB₂组磨损量减少41%，证实了"硬质抗磨"与"润滑减摩"两种互补机制的并存。

这项研究突破性地证明，通过精准设计的表面工程策略，可以赋予传统医用金属"一材多能"的特性。TiB₂涂层在承受高机械负荷的关节部位展现优势，而BN涂层更适合需要低摩擦的牙科应用。特别在辐射防护方面，虽然当前涂层对高能光子(>1.3 MeV)衰减有限，但已能有效防护诊断级X射线和部分治疗射线。研究人员在讨论部分指出，未来通过调控硼元素含量或构建TiB₂/BN交替多层结构，有望突破现有能量限制。该成果为开发新一代"智能防护型"植入体提供了切实可行的材料解决方案。