非晶化TC4界面

17.77 MPa搭接剪切

通过金属表面非晶化在TC4与UHMWPE之间建立化学键合，无需复杂的聚合物极性化处理即可实现高强度金属-聚合物杂化结构。

Zou, Xin · Chen, Ke · Wei, Zhou · 陈聪 · Zhenkun, Cheng · Feifei, Xie · Yafei, Pei · 孔令体 · Wang, Min

Journal of Manufacturing Processes 2024

参数信息

搭接剪切强度

17.77 MPa

搭接剪切力

3732.4 N

技术优势

无需改性聚合物

非晶氧化层的高化学活性使未改性的UHMWPE在热压过程中原位官能团化，并与TC4形成化学键合，省去传统极性化步骤。

强度达17.77 MPa

采用搅拌摩擦点焊的TC4-UHMWPE接头搭接剪切强度达17.77 MPa（3732.4 N），证明化学键合是主要界面结合机制。

揭示反应机理

结合实验证据与DFT计算，首次阐明了非晶/晶态氧化钛与极性基团之间的化学键类型和反应机理，为界面设计提供理论依据。

区分非晶与晶态

研究发现非晶氧化钛与晶态氧化钛的键合特性存在差异，有助于理解不同氧化态对界面结合的影响。

应用场景

• 人工关节植入物：金属-聚合物连接无需粘合剂或复杂表面处理，可用于人工关节中金属与聚乙烯部件的可靠固定。
• 医用金属-聚合物复合器件：实现金属与UHMWPE的直接化学键合，简化医用复合器械的制造流程。
• 金属-聚合物连接：提供一种无需聚合物极性化改性的新策略，适用于非极性聚合物与金属的连接。
• 轻量化杂化结构：高强度界面结合使金属-聚合物杂化结构能够用于轻量化承力部件。