近日，校区材料科学与工程学院宋晓国教授带领的团队针对医用钛合金与ZrO₂陶瓷的生物相容性连接，系统地研究了钎料优选对接头界面组织、力学性能和耐腐蚀性的改善作用和影响规律。研究成果以《AuSn20钎料对TA9/ZrO₂生物相容性接头界面组织、力学性能和耐腐蚀性的协同提升》(Improvement of biocompatible TA9/ZrO2 joint by AuSn20 filler: Interfacial microstructure, mechanical properties, and corrosion resistance)为题，发表在腐蚀领域顶级期刊《腐蚀科学》(corrosion science，中科院一区TOP，IF=7.4)上。

可植入设备在治疗重大疾病、提升人类感知等方面起着举足轻重的作用，可植入陶瓷/金属组件作为可植入设备的重要组成部分，其性能提升对促进可植入设备制造发展有重要意义。

研究团队采用不同生物相容性钎料体系成功实现了医用钛合金和ZrO₂陶瓷的高质量连接，系统研究了AuSn20钎料对TA9/ZrO₂接头界面组织、力学性能和耐腐蚀性的增强作用。AuSn20钎料导致了接头中β-Sn和ZrSn₂相向AuSn₂和AuSn₄相的组织转变，显著提高了TA9/ZrO₂接头的抗剪强度和耐蚀性；并利用扫描电镜准原位观察了TA9/ZrO₂接头的腐蚀过程，ZrSn₂相先被腐蚀，之后AuSn₄相被腐蚀，而在钝化膜的保护作用下AuSn₂相未被腐蚀；论文创新性地从第一性原理出发，在原子尺度对接头中各物相的弹性性质和功函数进行了密度泛函理论(DFT)计算，得出塑韧性从低到高为： ZrSn₂＜β-Sn＜AuSn₄＜AuSn₂，功函数从低到高为：ZrSn₂＜β-Sn＜AuSn₄＜AuSn₂，揭示了组织演变对接头力学性能和耐腐蚀性的增强机制，阐释了TA9/ZrO₂接头的腐蚀机理。本研究系统性地探究了可植入封装领域钎料优选原则及接头综合性能，同时利用密度泛函理论分析了异质材料组件综合性能与界面行为的关系，为异种材料连接提供了跨尺度研究的新策略，在基础科学和工程应用具有重要意义。

校区博士研究生陈修凯为该论文的第一作者，分析测试中心时斌工程师为论文的第二作者，卞红副教授为该论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、山东省杰出青年基金等项目的资助。

论文连接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112596