纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化膜层的力学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了含钙、磷的多孔氧化膜层,研究膜层的微观形貌、硬度、膜基结合力、滚动摩擦磨损性能等性能,探讨钛基材组织细化对其膜层结构及力学性能的影响。结果表明:与纯钛材微弧氧化膜层相比,大变形纯钛材微弧氧化膜层表面微纳米尺度的孔洞更多,孔隙率更高(10.84%vs.9.68%),孔洞孔径更小(8.67μm vs.9.68μm),表面更平坦,锐钦矿相含量更高(43.13%vs.37.74%),膜-基结合能力更强(17 N vs.8N),摩擦系数较低(0.338 vs.0.358),耐磨性能更优,以上的膜层结构及力学性能的改善归因于其钛基材大变形化提高了晶体缺陷。     

纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化-水热合成复合陶瓷膜层的细胞相容性研究

采用微弧氧化-水热法分别在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了TiO_2/HA复合陶瓷膜层,从细胞毒性实验、细胞增殖实验、细胞黏附实验等方面评价膜层的细胞相容性。结果表明:纯钛材与大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层均无细胞毒性。与纯钛材微弧复合陶瓷膜层相比,大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面粗糙度更适宜,结晶形核的HA晶粒的形状及Ca/P比更接近人骨HA,更能有效促进成骨细胞的黏附和铺展,随着培养时间的延长,成骨细胞双层重叠生长结构更为明显。成骨细胞在大变形纯钛材微弧复合陶瓷膜层表面各时间点的吸光度值均更高,细胞相容性更好。     

大变形纯钛微弧氧化膜层的生物摩擦学性能

采用微弧氧化法在纯钛及大变形纯钛表面制备多孔氧化膜层,研究微弧氧化膜层在干摩擦、模拟体液和小牛血清不同润滑介质条件下的生物摩擦学性能,探讨钛基材组织细化对其膜层表面摩擦磨损性能的影响。结果表明:与纯钛微弧氧化膜层相比,大变形纯钛微弧氧化膜层耐磨性能更优的原因在于钛基材晶粒的细化使得晶体缺陷增多,为微弧氧化膜层的形核提供了更多的能量,反应生成的Ti O_2膜层硬度更高,膜层表面更致密、均匀、光滑,提高了其摩擦磨损性能。大变形纯钛微弧氧化膜层在小牛血清润滑时的摩擦系数和磨损程度都低于干摩擦和模拟体液润滑条件下的摩擦系数与磨损程度。这归因于小牛血清在摩擦表面形成的化学反应膜及物理吸附膜,起到了更有效的润滑、冷却与承载作用。     

大变形纯钛微弧氧化膜层的生物摩擦学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛及大变形纯钛表面制备多孔氧化膜层,研究微弧氧化膜层在干摩擦、模拟体液和小牛血清不同润滑介质条件下的生物摩擦学性能,探讨钛基材组织细化对其膜层表面摩擦磨损性能的影响。结果表明：与纯钛微弧氧化膜层相比,大变形纯钛微弧氧化膜层耐磨性能更优的原因在于钛基材晶粒的细化使得晶体缺陷增多,为微弧氧化膜层的形核提供了更多的能量,反应生成的TiO2膜层硬度更强,膜层表面更致密均匀光滑,提高了其摩擦磨损性能所致。大变形纯钛微弧氧化膜层在小牛血清润滑时的摩擦系数和磨损程度都优于干摩擦和模拟体液润滑条件下的摩擦系数与磨损情况。这归因于小牛血清于摩擦表面形成的化学反应膜及物理吸附膜,起到了更有效的润滑、冷却与承载作用。     

TA1纯钛离子碳氮共渗改性层耐磨性能研究

对TA1纯钛进行了离子碳氮共渗。用扫描电镜对离子碳氮共渗的TA1纯钛改性层进行了观察。用X射线衍射仪测定了改性层的物相。用能谱仪对改性层作成分分析。用显微硬度计测定改性层的硬度。用SRV摩擦磨损试验机测定摩擦系数，在往复式磨损试验机上进行，磨损试验。结果表明，经离子碳氮共渗的TA1纯钛表面获得了金黄色、均匀的Ti2N／TiN改性层，显微硬度为840HV0．01。碳氮共渗表面改性层能明显提高纯钛TA1的耐磨性。     

纯钛表面Zr-N等离子合金化(英文)

为了改善纯钛的表面性能,利用等离子表面合金化技术在纯钛表面形成Zr-N改性层。对Zr-N改性层的微结构、成分及硬度进行测试,并对改性层形成及表面硬度提高的机理进行分析。利用球-盘磨损试验对表面改性纯钛的摩擦学性能进行研究。结果表明,在纯钛表面形成了均匀致密的Zr-N改性层,改性层由表面Zr-N化合物层和基体内Zr、N的扩散层构成。Zr-N表面改性层显著提高了纯钛的表面硬度,表层的最高硬度约为HK1040。Zr-N表面改性层没有减摩效果,但明显改善了纯钛的磨损性能。     

电解液成分对TA1纯钛等离子电解氧化陶瓷膜生长与组织的影响

钛合金长期植入体内依然存在磨损和腐蚀的问题,因此钛合金表面改性的目的就是提高其表面耐蚀性、耐磨性并赋予生物活性.本文在3种不同的电解液中,采用等离子电解氧化技术在TA1纯钛表面制备含有Ca、P的氧化钛多孔复合陶瓷层.研究了不同电解液中,改变工艺参数对纯钛表面陶瓷层平均厚度和生长机制的影响.采用扫描电镜和能谱分析了电流密度改变时,3种不同电解液中生成复合陶瓷膜的表截面形貌以及成分.结果表明,相同的电流密度,在电解液B中,陶瓷膜初始击穿电位最大,电解液C中陶瓷膜初始击穿电位值最小.正向电流为16 A/dm2时,在电解液A中陶瓷膜表面出现粉末状团聚物,在电解液B和C中,没有粉末状团聚物出现.无论是工艺参数还是电解液成分,对纯钛生物陶瓷膜的生长过程与组织结构都产生很大的影响,适当控制可制备所需的功能陶瓷膜.     

2024铝合金微弧氧化/TiC复合膜的制备及耐磨性能

在含有TiC微粒的硅酸盐体系电解液中对2024铝合金进行微弧氧化处理,制备含有TiC成分的复合陶瓷膜。利用SEM、EDS、XRD观察分析复合陶瓷膜的微观形貌、膜层中主要成分沿截面方向的分布及膜层的相结构,用纳米压痕硬度仪、激光共聚焦显微镜、摩擦磨损试验机测量复合陶瓷膜的硬度、表面粗糙度及摩擦系数。观察磨痕形貌,采用激光共聚焦显微镜测量磨痕体积,评估磨损率。结果表明:与不含TiC微粒的电解液中制备的微弧氧化膜相比,复合陶瓷膜的硬度更高、摩擦系数更小、磨损率更低,复合陶瓷膜的磨损率仅为微弧氧化膜的1/12,耐磨性更好。     

钛表面辉光等离子无氢渗碳的研究

采用双层辉光离子渗碳技术在本底真空度为 5×10-3Pa 的高真空下,用 99.999%的高纯氩气进行无氢渗碳。在整个工艺过程中,没有涉及到氢元素,实现了无氢渗碳。试样材质为 TA1 工业纯钛,用透射电镜(TEM)观察渗层结构;X 射线衍射(XRD)测定渗层的相组成;用 M200 耐磨试验机测定渗碳试样的耐磨性能;渗碳试样的磨痕表面状态用 TR240型粗糙度仪测定。渗碳层厚度大于 100 μm。表面层生成的是 TiC,基体仍为 α-Ti。近表面渗层维氏硬度为 6 000 MPa,表面的硬度远大于此值。摩擦系数 0.11。纯钛经过无氢渗碳后,与未经过处理的纯钛相比磨损量仅为纯钛试样的1/1 592.5。研究得出:钛材经过双辉等离子无氢渗碳后,不仅提高了表面的硬度,同时降低了摩擦系数,因而使耐磨性能得到了大幅度的提高。     

陶瓷膜对牙轮钻头滑动轴承摩擦磨损性能的影响

采用化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）工艺,分别选用高铝钛及TiC+ Ti(C, N) +TiN复合的金属陶瓷在滑动轴承表面制备金属陶瓷膜层。采用金相显微镜（OM）、体视显微镜和显微硬度计对不同金属陶瓷膜的表面形貌、组织结构及厚度进行测量和观察,并在MMW-1型万能摩擦磨损试验机对涂层材料进行摩擦磨损试验,通过测量磨损量与摩擦因数随时间的变化规律,观察摩擦副表面磨损形貌,分析了不同陶瓷膜层的耐磨性和摩擦磨损机理。结果表明,涂镀复合陶瓷膜（TiC/Ti(C, N)/TiN）的销试件硬度高、磨损极其轻微、表面质地均匀且光滑,复合陶瓷膜（淬火）更适用于牙轮钻头滑动轴承表面涂层材料。     

TA2纯钛表面激光气体氮化工艺研究

采用Nd:YAG激光器在氮气环境中对TA2纯钛进行激光气体氮化处理,研究了不同工艺下TA2纯钛表面激光气体氮化层的宏观形貌、物相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明,经过激光表面氮化处理后,氮化层与基体之间为冶金结合,氮化层的组织主要由细小的、枝晶状的Ti N构成。激光离散氮化可显著降低材料表面的摩擦系数,提高材料的耐磨性能,且氮化强化区域的分布越密集,摩擦系数值越小,耐磨性越好。激光离散氮化还可以提高加工效率,抑制裂纹的萌生。     

超细晶纯钛微弧氧化表面润湿性和耐腐蚀性能研究

以纯钛为原料,经等通道转角大应变加工处理得到超细晶纯钛,采用微弧氧化法对纯钛和超细晶纯钛表面进行了改性处理,研究了改性处理对样品的表面形貌、润湿性和耐腐蚀性等的影响。实验发现微弧氧化处理后,虽纯钛及超细晶纯钛表面均形成多孔氧化膜层、接触角减小、表面粗糙度和表面能提高,但与纯钛相比,超细晶纯钛腐蚀速率与电流密度较纯钛的更小。因此,经微弧氧化法改性后,超细晶纯钛比纯钛更适合应用于医用植入物领域。     

电弧离子渗钛对316L不锈钢摩擦学性能的影响

研究了阴极电弧离子渗钛对316L不锈钢摩擦学性能的影响。结果表明:利用阴极电弧离子渗金属技术在316L不锈钢表面制备的渗钛层峰值钛含量为66%(质量分数),渗钛层主要由Fe_2Ti和Ni Ti相组成,渗层与基体结合牢固;表面硬度由基体的2000 MPa提高到了4000 MPa,硬化层深度约为150μm;在干摩擦条件下,渗钛的不锈钢样品摩擦系数明显低于未渗钛样品,磨损率降低到未渗钛样品的1/7。未渗钛样品的磨损机制为磨料磨损、氧化磨损和粘着磨损,渗钛样品的磨损主要是渗层局部剥落引起的。     

纳米Cr2O3微粒对2024-T4微弧氧化膜结构及耐磨性能的影响

摘 要: 在含有不同浓度纳米Cr2O3微粒的硅酸盐体系电解液中对2024-T4铝合金进行微弧氧化处理,使用SEM观察陶瓷膜的表面形貌和截面形貌,使用EDS能谱仪分析膜层中各主要成分沿截面方向的分布,使用XRD分析陶瓷膜的相结构,使用纳米压痕硬度计测量陶瓷膜的硬度,使用粗糙度仪测量陶瓷膜的表面粗糙度,使用摩擦磨损试验机测量陶瓷膜的摩擦系数,使用激光共聚焦显微镜测量磨痕体积,评估磨损率,使用SEM观察磨痕形貌,结果表明：在电解液中加入纳米Cr2O3微粒后,制备的陶瓷膜中出现了Cr2O3相,电解液中纳米Cr2O3微粒浓度达到2.4g/L时,陶瓷膜的硬度最高,摩擦系数最小,磨损率最低,耐磨性最好。     

纳米Cr_2O_3微粒对2024-T4铝合金微弧氧化膜结构及耐磨性能的影响

在含有不同浓度纳米Cr_2O_3微粒的硅酸盐体系电解液中对2024-T4铝合金进行微弧氧化处理,使用SEM观察陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、磨痕形貌。使用EDS能谱仪分析膜层中各主要成分沿截面方向的分布,使用XRD分析陶瓷膜的相结构,使用纳米压痕硬度计测量陶瓷膜的硬度,使用粗糙度仪测量陶瓷膜的表面粗糙度,使用摩擦磨损试验机测量陶瓷膜的摩擦系数,使用激光共聚焦显微镜测量磨痕体积,评估磨损率。结果表明:在电解液中加入纳米Cr_2O_3微粒后,制备的陶瓷膜中出现了Cr_2O_3相,电解液中纳米Cr_2O_3微粒浓度达到2.4 g/L时,陶瓷膜的硬度最高,摩擦系数最小,磨损率最低,耐磨性最好。     

纯钛表面微弧氧化多孔陶瓷膜的结构特性

采用微弧氧化处理技术和电解液成分的优化设计,在纯钛表面制备了含钙磷的多孔复合陶瓷膜,并考察了陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、化学成分、物相构成、生物活性及其与基体的结合强度等特性。研究结果表明:纯钛表面微弧氧化后形成了凹凸不平的多孔陶瓷膜,整个膜层分为表层疏松层、中间过渡层和内部致密层三个区域,总厚度为25～40μm,膜层与基体的界面呈"锯齿状"紧密结合。膜层主要由金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2构成;膜层中含有Ca,P,O,Ti四种元素,其钙磷比ω(Ca)∶ω(P)为1.528;膜层中的Ti,Ca,P元素呈梯度分布,由表及里Ti含量逐渐增多,Ca和P含量逐渐减少,O元素分布比较均匀。含钙磷多孔复合陶瓷膜具有良好的生物活性,样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡4d即有羟基磷灰石(HA)形成;膜层与基体具有高的结合强度,在450V和600Hz时膜层的临界载荷值高达29.5N。     

纯钛表面等电位空心阴极辉光放电无氢渗碳的研究

在纯钛相变温度下,利用等电位空心阴极辉光放电技术在纯钛表面进行无氢渗碳处理。分别利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对试样的表面形貌、成分分布和相组成进行分析;利用摩擦磨损试验仪对试样的摩擦学性能进行研究;利用电化学工作站,在常温静态条件下对试样在3.5%NaCl水溶液的耐蚀性能进行研究;结果显示,经过无氢渗碳处理,在纯钛表面形成了高硬度的合金改性层,改性层的最大厚度是7.5 μm,最大显微硬度是1298 HV0.2,是基体硬度的5.43倍。由于表面硬度的提高,试样的耐磨性能也显著增强,试样的平均摩擦系数是0.312,较原始试样的0.746明显降低。在3.5%NaCl水溶液中,试样的最低年腐蚀速率是原始试样的1/11。因此,在保证基体力学性能的前提下,试样的耐磨耐蚀性能明显提高。     

TA2表面微弧氧化-水热合成复合陶瓷膜层结构及其表面能分析

采用微弧氧化-水热法在纯钛TA2表面制备了含有羟基磷灰石、金红石相Ti O2及锐钛矿相Ti O2的复合陶瓷膜层。观测与分析复合陶瓷膜层的微观形貌、元素成分、粗糙度及相组成,探讨水热时间对其结构及表面能的影响。结果表明,水热处理后膜层表面结晶形核出大量光滑且较规则的条柱状及针状HA颗粒,不同水热时间的膜层表面基本组成元素均为Ti、O、Ca、P。随着水热时间的延长,膜层表面HA晶粒增多,体积增大,表面粗糙度呈现先下降后上升的趋势。膜层表面与水的接触角在116.0o~140.2o之间,均大于纯钛TA2基材与水的接触角77.3o,疏水性能增强;膜层表面能为150.7~282.9 m J·m~(-2),较纯钛TA2基材的27.5m J·m~(-2)提高了4倍以上。粗糙度的改变是导致膜层表面能提高的主要因素。     

纯钛表面渗Mo改性层在模拟人工体液中的腐蚀行为研究

为了提高纯钛表面的耐磨性,并检测改性层在模拟人工体液中的耐蚀性能,利用等离子表面合金化技术在纯钛表面渗Mo,对改性层的组织、成分进行测试,并对其在模拟人工体液中的耐蚀性进行了研究.结果表明:表面改性层由渗层及扩散层组成,改性后的钛材不但表面硬度显著提高,在模拟人工体液中的耐蚀性也得到改善.     

纯钛表面等电位空心阴极辉光放电无氢渗碳的研究（英文）

在纯钛相变温度下,利用等电位空心阴极辉光放电技术在纯钛表面进行无氢渗碳处理。分别利用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对试样的表面形貌、成分分布和相组成进行分析;利用摩擦磨损试验仪对试样的摩擦学性能进行研究;利用电化学工作站,在室温静态条件下对试样在3.5%Na Cl水溶液中的耐蚀性能进行研究。结果显示,经过无氢渗碳处理,在纯钛表面形成了高硬度的合金改性层,改性层的最大厚度是7.5μm,最大HV_(0.2)显微硬度为12.98 GPa,是基体硬度的5.43倍。由于表面硬度的提高,试样的耐磨性能也显著增强,试样的平均摩擦系数是0.312,较原始试样的0.746明显降低。在3.5%NaC l水溶液中,试样的最低年腐蚀速率是原始试样的1/11。因此,在保证基体力学性能的前提下,试样的耐磨耐蚀性能明显提高。