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德国基尔大学科研人员在金属材料表面处理领域取得新进展:实现金属材料与几乎所有材料之间的良好结合

2016-09-29 258浏览 标签: 材料德国KU


项目背景


     金属材料的表面特性将会直接影响材料的应用;由于钛合金具有良好的人体兼容性,所以在医疗领域钛合金是目前最常用的体内植入物材料之一。但是当对钛合金体内植入物进行机械修复时,通常会使用少量的铝合金,而铝与人体的兼容性效果没有钛合金好,会对人体产生副作用。


项目内容


     近日,德国基尔大学官网公布消息称材料科学领域的研发人员成功研发一种新工艺,在不影响材料自身机械性能或金属特性的情况下,可以有效改变金属材料的表面特性。这种新工艺主要是利用电化学腐蚀工艺,可以精确控制到微米精度使得材料表面变得粗糙。

     金属材料的表面由许多不同晶体和晶粒组成,并且这些晶体的化学稳定性并不完全相同有高有低。通过定向腐蚀工艺可以将这些不稳定的粒子,从金属材料表面去除,从而使得金属材料的表层变得粗糙获得三维表层结构。采用这种处理后,材料的表面特性会有所改变,但是对整体金属材料来说不会产生影响。这是因为这种腐蚀工艺的深度只有10-20μm,研发人员将这种工艺称为“纳米级腐蚀工艺”(nanoscale-sculpturing)。

     对材料进行“纳米级腐蚀工艺”(nanoscale-sculpturing)之后,用肉眼进行观察,发现处理之后的材料表面会变得没有金属光泽。同时研发人员还表示,如果用砂纸对金属进行处理之后,人们用肉眼也可以直接看出明显变化,但是这种变化是二维的,不会改变材料的表面特性。

     将两个都进行过表面处理的金属材料结合在一起之后,即使金属自身断裂了,结合处也不会断开;同时研发人员还表示在金属表面涂上润滑油之后,也不会影响它们之间的良好结合。

     利用这种“纳米级腐蚀工艺”(nanoscale-sculpturing),不仅可以使得铝合金、钛合金或锌合金与其它几乎所有材料可以永久地结合在一起,而且还可以使得材料具有防水特性甚至生物相容特性。这种工艺一般只用于半导体领域,这是首次应用在金属材料领域;同时这种工艺与其它腐蚀工艺不同,它既不会损坏金属材料也不影响材料的稳定性。

     研发人员发现采用这种新型工艺之后,可以使原来无法直接连接在一起的材料有效结合在一起(如铜和铝)。研发人员的此项科研成果应用领域非常广泛既包括工业领域内的金属制品(如船舶领域、航空领域等),同时也包括医学领域的体内安全植入物等。采用这种新型工艺之后,可以有效去除材料表面的铝颗粒,从而得到与人体完全兼容的纯金属表面。由于只是在微米尺度上对材料表层进行腐蚀,不会对整个植入物的稳定性产生不良影响。

     到目前为止,研发人员关于此项新技术已经申请了四项专利。

     动态链接:Breakthrough in materials science: Kiel research team can bond metals with nearly all surfaces


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