电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响

利用循环伏安多重扫描法分析了不同电解质的氧化能力及其氧化特点,讨论了在表面氧化处理中不同电解液体系对高模高强碳纤维力学性能的影响,提出了适合高强高模碳纤维表面处理的工艺条件,并通过Raman光谱、XPS与SEM的表征,研究了电化学氧化对高强高模碳纤维表面结构及力学性能的影响。研究结果表明,与NH₄H₂PO₄溶液相比,用NH₄H₂PO₄与CH₃COONH₄复合的电解质溶液对碳纤维进行表面处理,能大幅度提高纤维表面含氧官能团,而且纤维表面sp²杂化碳原子相对含量也较多,在提高了碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的同时,还较好地保持了高强高模碳纤维本体力学性能。当CH₃COONH₄与NH₄H₂PO₄的物质的量之比为2:1时,碳纤维/环氧树脂复合材料的ILSS与未处理纤维相比提高了168%,而碳纤维拉伸强度却下降很小,此复合电解质溶液是一种较为理想的对高强高模碳纤维进行表面改性的电解质体系。     

国产聚丙烯腈基高强高模碳纤维电化学氧化表面处理工艺

以国产聚丙烯腈（PAN）基M55J级碳纤维（CF）为研究对象,首先在不同电解液体系中进行循环伏安多重扫描,比较其氧化能力的差异,进行电解液的筛选。然后用最佳电解液对CF进行恒流连续氧化处理,通过Raman光谱、XPS和SEM的表征,研究了电化学氧化对高强高模CF表面结构及化学组成的影响,并通过测试CF束丝拉伸性能及其与树脂结合后的层间剪切强度对CF的力学性能进行了表征。研究结果表明,NH₄HSO₄电解质溶液对CF进行表面处理时,其刻蚀能力最强,可以有效改善其表面活性,增大其表面粗糙度和含氧官能团数量。采用0.6 mol/L的NH₄HSO₄电解液体系,在1 mAcm^-2电流密度下对CF进行阳极氧化,CF与树脂间的层间剪切强度比未处理提高了164%,同时CF的拉伸强度略有提高,模量无明显变化。     

NH4HCO3溶液中PAN-基碳纤维电化学改性机理

采用循环伏安扫描法和XPS、AFM技术对在NH₄HCO₃溶液中经过电化学改性处理的PAN-基碳纤维的电化学特性、表面化学构成和表面形貌变化进行了分析。结果表明,在NH₄HCO₃溶液中纤维表面主要发生了水的电解析氧反应和部分电活性物质的电化学氧化反应;纤维表面各含氧官能团含量随处理时间的延长不断变化,NH＋₄与纤维表面官能团反应使纤维表面引入大量的酰胺基团;纤维表面形貌在点蚀和气动剥蚀效应的联合作用下不断粗化。      

高强高模碳纤维表面电化学氮化机制

高温石墨化使高强高模碳纤维(CF)表面光滑,反应活性低,导致其复合材料界面粘接性能差。杂原子改性是改善CF表面反应活性的有效手段之一。采用循环伏安(CV)方法在有机复合电解液中对高强高模CF进行了表面氧化和氮化改性,采用CV优选的复合电解液进行恒流电化学氧化处理,研究了CV扫描次数和电解液中含氮有机物对CF表面化学组成的影响。电化学处理前后CF表面化学元素组成和微观形态变化通过XPS、SEM及拉曼光谱表征。基于实验数据探讨了CF表面含氮官能团的生成及转变机制。研究结果显示,有机溶剂、有机氮源和含硫铵盐的协同作用使CF表面N含量从0.28at%增至4.77at%。适量的水存在,可以使CF表面O含量显著提高。CF表面的含氧官能团可以与CO(NH₂)₂中的-NH₂及电解液中的NH₄⁺反应形成酰胺基团,随着反应时间延长,CF表面的酰胺N会先转变成氧化氮,随后转变成吡啶和吡咯N,并最终转换成石墨N。恒流电化学处理后CF/环氧树脂复合材料的层间剪切强度(ILSS)较未处理的提高了132%,...     

电解液组分对TiCP/Ti6Al4V复合材料微弧氧化膜耐蚀性及耐磨性影响

采用微弧氧化技术在 TiC_P/Ti6Al4V 复合材料表面制备陶瓷膜。在NaAlO₂和NaH₂PO₂两种溶液体系中通过添加不同添加剂 NaOH、C₁₀H₁₂CaNa₂N₂O₈·4H₂O和Na₂SiO₃, 研究电解液组分对陶瓷膜组织、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明: 在NaH₂PO₂电解液体系中生成的膜层由金红石型和锐钛矿型TiO₂相组成, 而在NaAlO₂体系中除了生成TiO₂外, 还生成了Al₂TiO₅和γ-Al₂O₃。添加NaOH可以加快微弧氧化反应速率, 添加NaAlO₂和Na₂SiO₃有利于提高膜层的硬度, NaH₂PO₂溶液体系中形成的膜层厚度是NaAlO₂溶液体系的2~3倍。 在NaAlO₂和NaH₂PO₂电解液体系中生成的膜层, 其耐腐蚀性能排序均为: Na₂SiO₃>C₁₀H₁₂CaNa₂N₂O₈·4H₂O>NaOH。在NaAlO₂电解液体系中生成的膜层的耐磨性能排序为: Na₂SiO₃>NaOH>C₁₀H₁₂CaNa₂N₂O₈·4H₂O, 而在NaH₂PO₂电解液体系中生成的膜层的耐磨性能排序为: Na₂SiO₃>C₁₀H₁₂CaNa₂N₂O₈·4H₂O>NaOH。TiC_P/Ti6Al4V复合材料经过微弧氧化处理后, 耐磨性和耐蚀性均优于基体, 在NaH₂PO₂+Na₂SiO₃电解液中生成的微弧氧化膜的耐蚀性最好, 耐磨性也较好, 其腐蚀电流密度较钛基复合材料基体降低约2个数量级, 因此综合性能最好。     

KOH／K2ZrF6对TC4钛合金微弧氧化膜层形貌和结合强度的影响

研究电解液中添加KOH及K₂ZrF₆对TC4钛合金微弧氧化膜层形貌及结合强度的影响。选用硅酸盐-磷酸盐复合盐为主盐,添加甘油作为辅助试剂,分别配制两种均不添加、只添加KOH、只添加K₂ZrF₆和两种物质均添加的4种电解液对TC4钛合金进行微弧氧化处理。通过膜层厚度、膜层表面粗糙度、膜层硬度、膜层与基体的结合强度等检测,对比分析不同膜层的综合性能,并通过扫描电子显微镜、能谱仪及X射线衍射仪等对膜层物相进行对比分析。结果表明:在硅酸盐-磷酸盐复合盐为主盐的电解液中,氧化30 min后,添加KOH试剂使微弧氧化反应起弧电压从350 V降低至300 V,膜层表面粗糙度Ra为1.66μm,结合强度为29 MPa,膜层硬度866HV,厚度19μm。添加K₂ZrF₆试剂使微弧氧化的起弧电压提高至380 V,膜层表面粗糙度Ra为2.47μm,结合强度为18 MPa,膜层硬度992HV,厚度为26μm,同时,氧化反应生成ZrO₂,可大幅提高膜层硬度。添加KOH和K₂ZrF₆试剂可以影响微弧氧化反应起弧电压及工作电压,进而影响膜层的组织形貌,从而改善膜层的表面粗糙度和厚度以及结合强度,硬度等性能。     

表面活性剂对羟基磷灰石纤维形貌的影响

以Ca(NO₃)₂·4H₂O和(NH₄)₂HPO₄水溶液为前驱体, 采用水热均相沉淀法制备了结晶度较高的羟基磷灰石纤维, 研究了表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)和聚乙二醇(PEG)及其含量对产物形貌和相组成的影响。结果表明, 采用这三种表面活性剂制备的产物都是羟基磷灰石, 部分样品含有少量碳酸钙杂质。加入CTAB和SDS均会对纤维的生长起到抑制作用, 得到纤维与球形团聚体并存的产物, 而PEG的加入在一定程度上促进了纤维的生长。     

CaCl1和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析.结果表明,采用CaCl2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12％;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优.     

CaCl_2和多巴胺处理对芳纶纤维表面结构与性能的影响

采用氯化钙(CaCl_2)乙醇溶液和多巴胺水溶液浸渍法对芳纶纤维表面进行改性处理,对改性后芳纶纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和芳纶纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,采用CaCl_2乙醇溶液处理芳纶纤维后,芳纶纤维表面有刻蚀出的沟槽,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度明显提高,同时由于纤维结构受到破坏,单丝拉伸强度下降了11.12%;采用多巴胺水溶液处理时,芳纶纤维表面沉积了聚多巴胺涂层,表面粗糙度增大,芳纶纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度进一步提高,纤维结构几乎不受影响,单丝拉伸强度降幅较小;采用CaCl_2乙醇溶液和多巴胺水溶液先后处理芳纶纤维后,纤维表面的聚多巴胺涂层更致密,复合材料的层间剪切强度达到最大值,同时改性后的纤维具有一定的抗紫外性能,此方法改性效果最优。     

芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。     

不同电解液组成对TiO2纳米管形成的影响

电解液在阳极氧化中发挥着重要作用,对TiO2纳米管的形成与否,形成后管的成分、形貌都有着很大的影响.本实验采用了恒压阳极氧化方式,分别以HF(0.5wt%),(NH4)2SO4 HF(0.5wt%),(NH4)H2PO4 HF(0.5wt%),NaNO3 HF(0.5wt%)为电解液,在钛箔表面获得多孔TiO2膜.用FESEM观察了多孔膜的形貌并用EDX和XPS能谱对膜表面成分和构成进行测试分析.实验结果表明:在单一的HF酸电解液中加入(NH4)2SO4或(NH4)H2PO4后,阳极氧化生成的膜孔径明显减小,并且膜表面形态较差.加入NaNO3后,对膜的形貌影响不是很大.由EDX和XPS能谱分析得出,阴离子中的大部分非金属元素较难进入膜表面,而氮元素却很容易掺杂进入膜的表面形成N-Ti-O结构,从而影响膜的成分构成.这表明本实验利用简单电化学方法实现了N的掺杂.通过XRD测试得出,含不同阴离子的电解液对TiO2膜的晶型转变温度影响不大.     

Non-destructive corrosion study on a magnesium alloy with mechanical properties tailored for biodegradable cardiovascular stent applications

AnMg-2Zn-0.6Zr-0.6Nd alloy for biodegradable cardiovascular stent applications was prepared through indirect extrusion. The alloy exhibited a superior combination of tensile yield strength(TYS), ultimate tensile strength(UTS) and elongation(EL) of about 269 MPa, 298 MPa and 25.6 %, respectively. In addition,the non-destructive electrochemical frequency modulation(EFM) technique was used for the first time to investigate the corrosion behavior of Mg alloys combined with electrochemical impedance spectroscopy(EIS) in Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium(DMEM) and in Hank’s solution. Compared with the corrosion rate of 0.07 mm/year in Hank’s solution, lower corrosion rate of 0.03 mm/year was achieved in DMEM. The significant differences between the corrosion rate trends were discussed and related with the composition of the corrosion layer formed. Depending on the biomimetic fluids tested, different corrosion products were precipitated on the alloy’s surface: a compact and homogeneous layer of Mg_xCa_y(PO₄)_z and Zn(OH)₂ and organic compounds was formed in DMEM, whereas a partial coverage of Mg_xCa_y(PO₄)_z and Zn(OH)₂ was formed in Hank’s solution.     

钛合金着色技术的研究

利用正交试验法研究了在磷酸-冰乙酸体系中磷酸、冰乙酸、添加剂、氧化电压、电解液温度、氧化时间等对钛阳极氧化膜的影响,确定了最佳工艺条件.结果表明,在采用以Ce作为添加剂的电解液中处理后所得到的钛合金着色膜呈蓝色、光亮美观,具有优良的耐蚀性、耐磨性和良好的附着力.     

交替循环浸泡在TiO2纳米管管内填充类骨磷灰石

采用"交替循环浸泡法（ALIM）"在TiO₂纳米管管内填充类骨磷灰石,使磷灰石涂层由层状结构变为嵌入式结构,并考察填充量与TiO₂纳米管结构间的关系,通过模拟体液浸泡实验评价其生物活性.结果表明,甘油体系（60V电压）中制备的纳米管填充效果最好;无定型的TiO₂纳米管相比锐钛矿相的TiO₂纳米管更能诱导类骨磷灰石的填充;采用ALIM于TiO₂纳米管上填充类骨磷灰石可大大提高其生物活性.     

对两种不同晶型磷酸锆载银工艺探索

磷酸锆是一种具有离子交换性能的无机载体,被广泛应用于离子交换体。研究不同晶型磷酸锆的载银工艺,探索银离子交换的机理并制备出高载银量的磷酸锆载银抗菌粉。以锆磷比为1∶2的α-Zr(HPO4)2.H2O和锆磷比为2∶3的六面体磷酸锆为对象,研究在不同离子交换环境下对银离子的交换率。发现α-Zr(HPO4)2.H2O在层间隙扩大的情况下,银离子交换量大于8.47%,而六面体磷酸锆在强酸高温环境中,银离子交换量大于4.45%。具有层状间隙的α-Zr(HPO4)2.H2O比六面体磷酸锆对银离子具有更高的交换容量。为研制具有高效长效抗菌要求的制品,如抗菌医用导管做好准备。     

AZ-1改性炭纤维/聚三唑复合材料界面研究

研究了一种用氮丙啶处理炭纤维的方法在新型聚三唑树脂复合材料中的界面作用效果和作用机理.用硝酸氧化处理炭纤维,再引入分子结构中含氮丙啶环的化合物AZ-1,通过化学手段对炭纤维进行改性.结果表明,经改性后炭纤维增强聚三唑树脂复合材料比未处理复合材料的层间剪切强度提高86%.AFM,SEM和接触角测试表明化学改性增加了炭纤维...     

基于Ca(H_2P0_4)_2/H_3PO_4无机复合质子膜的燃料电池的制备

以Ca(H2PO4)2.H2O粉末和H3PO4水溶液合成的无机复合质子膜作为电解质,制备低温燃料电池,评价了无机质子膜的质子传导率以及所制成的燃料电池的输出性能。结果表明,在80℃、70%RH条件下,其质子传导率可以达到3.5×10-2S/cm,所制成的燃料电池在60℃时输出功率达到11.5mW/cm2。     

New insights into the effect of Tris-HCl and Tris on corrosion of magnesium alloy in presence of bicarbonate,sulfate,hydrogen phosphate and dihydrogen phosphate ions

In vitro degradation is an important approach to screening appropriate biomedical magnesium(Mg) alloys at low cost. However, corrosion products deposited on Mg alloys exert a critical impact on corrosion resistance. There are no acceptable criteria on the evaluation on degradation rate of Mg alloys. Understanding the degradation behavior of Mg alloys in presence of Tris buffer is necessary. An investigation was made to compare the influence of Tris-HCl and Tris on the corrosion behavior of Mg alloy AZ31 in the presence of various anions of simulated body fluids via hydrogen evolution, p H value and electrochemical tests.The results demonstrated that the Tris-HCl buffer resulted in general corrosion due to the inhibition of the formation of corrosion products and thus increased the corrosion rate of the AZ31 alloy. Whereas Tris gave rise to pitting corrosion or general corrosion due to the fact that the hydrolysis of the amino-group of Tris led to an increase in solution p H value, and promoted the formation of corrosion products and thus a significant reduction in corrosion rate. In addition, the corrosion mechanisms in the presence of Tris-HCl and Tris were proposed. Tris-HCl as a buffer prevented the formation of precipitates of HCO_3~-, SO_4~(2-),HPO_4~(2-) and H_2PO_4~- ions during the corrosion of the AZ31 alloy due to its lower buffering p H value(x.x).Thus, both the hydrogen evolution rate and corrosion current density of the alloy were approximately one order of magnitude higher in presence of Tris-HCl than Tris and Tris-free saline solutions.