近年来，块体金属玻璃 (BMG) 因其机械性能而获得了广泛的研究兴趣，表现出非常高的强度和硬度值。它们还表现出独特的化学性能，包括在各种环境中出色的催化活性和高耐腐蚀性。这些属性超越了传统的晶体合金。其中，钛基合金在预想的生物医学应用中脱颖而出，主要用作牙科、创伤外科或骨科的植入材料。高玻璃形成能力 (GFA) 决定了块体非晶态样品的可铸造性，这通常需要多组分合金组合物。据报道，在Ti-Cu基BMG中，Ti 合金成分中需要大量的 Cu (≥30 at%) 才能形成块体玻璃。这种多元素混合体系带来了细胞毒性、氯化物诱导点蚀和生物相容性等问题。通常而言，Ti 和传统 Ti 合金可形成自发屏障型钝化层，该层由厚度仅为几纳米的 Ti 氧化物组成。它们具有很高的腐蚀稳定性，但具有生物惰性。而对于永久性植入物，创造生物活性条件对于实现骨组织的最佳生长至关重要。为了刺激骨组织形成细胞，具有氧化性质的纳米结构植入物表面最为合适。
近日，德国德累斯顿工业大学Nora Fernández-Navas团队报道了一种在高温硝酸溶液中使用电化学拟脱合金方法在玻璃态Ti47Cu38Fe2.5Zr7.5Sn2Si1Ag2上形成纳米多孔Ti氧化物基层的方法。
在本工作中，研究团队首先使用熔体旋压法制备了Ti47Cu38Fe2.5Zr7.5Sn2Si1Ag2合金的带状样品。制备完成后，团队采用电感耦合等离子体发射光谱法检查了母合金和玻璃带的元素组成。同时，通过载气热萃取法测定得知材料中的氧含量较低（0.073±0.015 wt%）。此外，团队还进行了XRD和DSC检查了材料的微观结构、热稳定性和结晶行为。
之后，团队采用电化学拟脱合金法对制备的玻璃带状材料进行表面改性。电化学装置以甘汞电极作为参比电极，Pt片作为对电极，3~4 cm的带状材料作为工作电极，使用室温和60℃的5M硝酸溶液作为电解液。将薄带在开路电位条件下浸泡 10 分钟后，将电位设定为定义的阳极电位并保持恒定 60 分钟，同时记录电流瞬变。
表面改性完成后，研究团队使用SEM进行了表面表征，以及在模拟生理溶液中进行了电化学测量以研究材料的腐蚀性能。结果显示，该电化学表面改性可能是一种类似脱合金化的过程，包括钝化膜的破坏、近表面区域Cu的溶解和纳米多孔氧化物层的逐渐生长。在最优化的参数（1V vs. SCE）下，可以产生均匀、明确的纳米多孔结构。后续的测试表明，这种表面处理对于抑制模拟生理环境中的氯化物诱导表面点蚀非常有效。
论文信息：
Electrochemical Surface Nanostructuring of Ti47Cu38Fe2.5Zr7.5Sn2Si1Ag2 Metallic Glass for Improved Pitting Corrosion Resistance
Nora Fernández-Navas*, Christine Joy Querebillo, Kirti Tiwari, Martin Hantusch, Viktoriia Shtefan, Nicolás Pérez, Paola Rizzi, Martina Zimmermann, Annett Gebert
Advanced Engineering Materials
DOI: 10.1002/adem.202302206
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