J ALLOY COMPD | TOMID宋剑课题组联合广东省人民医院揭示炎症环境下的钛合金缝隙腐蚀机制

       Ti-6Al-4V合金因具备优异的力学性能和生物相容性，被广泛应用于人工髋关节的股骨柄和髋臼部件制造，是骨科植入领域的核心材料。然而，临床应用中发现，该合金在植入人体后，尤其是在假体锥面连接等缝隙部位，易受术后炎症微环境影响发生缝隙腐蚀，进而引发假体松动、植入失效等问题，严重影响患者的治疗效果和生活质量。近日，TOMID宋剑课题组联合广东省人民医院系统研究了在模拟炎症生理条件下不同宽度缝隙对Ti-6Al-4V合金腐蚀行为的调控机制，为人工关节等钛合金植入物的抗腐蚀设计和寿命预测提供了重要理论依据。

       研究团队在体外模拟炎症介质中构建了三种宽度的体外人工缝隙模型，通过电化学、表面分析技术等手段系统对比了不同缝隙宽度下的腐蚀模式差异，并进一步揭示了钛合金缝隙腐蚀的动态演化过程。结果表明，缝隙宽度是影响钛合金腐蚀模式的关键因素。窄缝隙因物质传输受限，会形成显著的内外电位差，促使腐蚀产物在缝隙开口大量堆积，表现出极强的阳极溶解敏感性，且在浸泡过程中发生最早的性能劣化；而宽缝隙则更趋近于均匀腐蚀特征，其腐蚀电流密度最高，对应腐蚀速率最快。研究发现，在炎症环境下，腐蚀首先从缝隙内部的β相溶解和基体翘曲开始，随后逐步向外扩展。与此同时，缝隙外部的氧化膜发生再钝化，内部腐蚀速率逐渐降低。值得注意的是，炎症环境中的蛋白质与金属离子发生络合反应，会导致钛合金表面形成一层富含Ti⁴⁺、Ti³⁺的厚氧化膜，但该膜层疏松多孔、缺陷密集，无法有效阻止腐蚀介质侵入。

       该成果以《Crevice corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy in simulated inflammatory environment for biomedical applications》为题，发表于国际知名期刊《Journal of Alloys and Compounds》。TOMID硕士研究生郑汉梓为论文第一作者，宋剑副教授为最后通讯作者，蒲建博士后与广东省人民医院李曾主治医师为共同通讯作者，中山大学生物医学工程学院为第一完成单位。

       该研究得到了国家自然科学基金（12502382、52505238）、深圳市科技计划（JCYJ20240813151307010）、广东省基础与应用基础研究基金（2023A1515010469、2025A1515012203）和广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室（2020B1212060077）的资助。

论文信息：Hanzi Zheng, Zeng Li, Jian Pu, Jian Song, Crevice corrosion behavior of Ti-6Al-4V alloy in simulated inflammatory environment for biomedical applications, Journal of Alloys and Compounds, 2026, 186636, https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.186636

供稿：郑汉梓

终审：宋剑