氧掺杂梯度结构提升锆合金表面硬度与耐磨性的创新研究

为解决锆(Zr)合金在生物医学植入应用中耐磨性差、表面硬度低的难题，研究人员开发了一种氧掺杂技术，通过构建表层氧化膜装甲层（含柱状m-ZrO2）和氧浓度梯度分布区，使改性后的Zr-2.5Nb合金表面硬度突破≈10 GPa，磨损量比纯锆降低一个数量级，同时具备优异的膜层结合强度，为高性能生物医用锆植入材料设计提供了新思路。

　　

锆(Zr)及其合金凭借优异的生物相容性(biocompatibility)、耐腐蚀性和低弹性模量，成为极具潜力的生物医用植入材料。然而，其较差的耐磨性(wear resistance)和表面硬度制约了临床应用。最新研究通过创新性氧掺杂技术，在锆合金表面构建了独特的梯度结构——最外层是由柱状单斜相氧化锆(m-ZrO₂)构成的20微米厚氧化膜装甲层（硬度>10 GPa），下方则为氧浓度梯度过渡区。这种"刚柔并济"的结构使改性后的锆合金磨损量较纯锆降低十倍，其中Zr-2.5Nb合金更展现出卓越的氧化膜结合强度。该技术已获专利授权(LY1199-PAT693)，为开发新一代高性能骨科植入物提供了关键技术支撑。