波兰科学院核物理研究所 镁的表面机械研磨处理(SMAT)提高了其强度和耐腐蚀性
信用:IFJ潘 用于生物医学的材料必须具有可控的生物降解性、足够的强度和对人体完全没有毒性
因此，寻找这些材料不是一项简单的任务
在这种背景下，科学家对镁的兴趣由来已久
最近，利用正电子湮没谱学等技术，研究人员能够证明经过表面机械研磨处理的镁获得了生物相容性材料所必需的特性
显示受控腐蚀速率的材料越来越受到关注
这尤其适用于生物医学，其中使用由天然或合成聚合物制成的植入物
它们的优点是分解的速度在生理条件下很容易调整
另一方面，这些材料的机械性能在人体环境中会恶化，使得它们不适合高应力应用
因此，对人体完全无害的镁基金属植入物似乎是一个不错的选择
镁是可用于结构应用的最轻的金属
由于其机械、热和电特性以及生物降解性和受控的腐蚀速率，它激发了研究生物相容性植入物的研究者的极大兴趣
尽管有这些优点，但是由于在人体环境中相对高的腐蚀速率，使用镁作为生物材料来生产植入物并不容易
然而，这个问题可以通过使用适当的涂层来克服
在多年的研究中，人们注意到材料的细晶粒微观结构不仅提高了材料的力学性能，还能显著提高材料的耐腐蚀性能
这就是为什么一个由教授领导的国际研究小组
克拉科夫波兰科学院核物理研究所的埃瓦·德莱泽克设定了量化商用级镁表面机械研磨处理(SMAT)对其耐腐蚀性影响的目标
在这种方法中，大量直径几毫米的不锈钢球撞击目标材料的表面，导致次表层的塑性变形
塑性变形伴随着大量晶格缺陷的产生
典型的研究技术如光和电子显微镜、x光衍射、电子背散射衍射(EBSD)和显微硬度测量被用来描述微观结构
“显微镜检查显示，在SMAT加工过程中，材料表层的微观结构逐渐发生变化
我们观察到在处理表面附近有相当大的晶粒细化
变形孪晶在更深处是可见的，其密度随着与该表面距离的增加而降低，”教授解释道
泽克
作为这项工作的一部分，正电子湮没谱学首次被使用
该技术是非破坏性的，允许在原子水平上识别晶格缺陷
事实上，当正电子被植入一个物质样本并遇到它们的反粒子时，我
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电子湮灭，变成可以记录的光子
一个正电子如果在途中发现晶格中有一个开放的体积缺陷，就会被捕获在其中
这延长了时间，直到它消失
测量正电子的寿命可以让研究人员在原子水平上了解样品的结构
使用这种方法的目的特别是为了获得由SMAT处理引起的表面层中晶格缺陷分布的信息
此外，它被用来研究厚度为几微米的材料层，位于处理表面的正下方，并将获得的信息与腐蚀特性联系起来
这一点很重要，因为晶格缺陷决定了材料在冶金或半导体技术中的关键性能
“从120秒SMAT处理获得的200微米层中的正电子的平均寿命显示出244皮秒的高恒定值
这意味着从源发出的所有正电子到达这一层都会在结构缺陷中湮灭，即
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晶格中缺失的原子称为空位，在这种情况下与位错有关
该层对应于具有细小颗粒的强烈变形区域
更深一点，正电子的平均寿命降低，这表明缺陷的浓度降低，在距离表面约1毫米处达到退火良好的镁的特征值，其结构缺陷的密度相对较低，这是我们的参考材料
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学生康拉德·斯库隆是这篇文章的主要作者和这项研究的创始人，他描述了这项工作的细节
在电化学腐蚀试验中，SMAT过程显著地影响了镁样品的行为
SMAT引起的结构变化增加了镁对阳极氧化的敏感性，强化了表面氢氧化物膜的形成，从而导致更好的耐腐蚀性
俄罗斯杜布纳联合核研究所用正电子束获得的结果证实了这一点
结果表明，除了表面存在的晶粒和亚晶粒边界外，其它晶体缺陷如位错和空位也可能在镁的腐蚀行为中起重要作用
“我们目前正在对钛进行类似的研究
钛是一种广泛用于航空航天、汽车、能源和化学工业的金属
它还被用作生产生物医学装置和植入物的材料
一种经济上可以接受的方法是，获得具有梯度微结构的纯钛，其表面附近的层中含有纳米颗粒，这种方法可能为钛在对全球经济和改善人类生活舒适性非常重要的产品中的应用开辟更广阔的前景
泽克
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