微弧氧化工艺对Ti-6Al-4V钛合金表面氧化膜厚度及表面形态的影响

为了提高Ti-6Al-4V钛合金表面的生物活性,在乙酸钙和磷酸二氢钠溶液中对Ti-6Al-4V钛合金进行微弧氧化,研究氧化时间、电压、占空比等对氧化膜厚度及其表面形态的影响。结果表明,在一定条件下,随氧化时间的增加,氧化膜厚度以指数关系增加,而膜层表面孔洞逐渐变小,最终封闭;随着电压的提高,膜层厚度增加平缓,但电压过大时,膜层反而变薄,氧化膜表面微孔的数量减少,但微孔的孔径逐渐增大;占空比的提高使得膜层厚度增加,同时伴随有膜层孔洞分布的均匀性变差,表面粗糙度增加。     

脉冲能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜性能的影响研究

微弧氧化是一种在钛合金基体表面制备致密均匀超硬氧化陶瓷膜层的新方法。从脉冲频率和占空比入手,研究了单脉冲放电能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜厚度、表面形貌的影响。结果表明:当占空比固定不变时,随着频率的增加,单脉冲放电能量不断减小,氧化膜的厚度逐渐降低,显微硬度呈降低趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐减小,微孔数量逐渐增多;当脉冲频率固定不变时,随着占空比的增大,单脉冲放电能量不断增大,氧化陶瓷膜厚度逐渐增大,显微硬度呈增加趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐增大,微孔数量逐渐减少,表面粗糙度值逐渐增加。     

电参数对AZ31B镁合金微弧氧化膜微观形貌及耐蚀性的影响

在含有丙三醇的硅酸盐体系中,通过微弧氧化法在AZ31B镁合金表面获得了细致均匀微孔的氧化膜。以SEM、电化学工作站和测厚仪为表征手段,利用单因素法分别考察了恒压模式下电压、频率、占空比对氧化膜结构、耐蚀性及厚度的影响。结果表明:随电压的增加,氧化膜的表面微孔尺寸和厚度均增大,但膜层耐蚀性能先增加后降低;随频率的增加,膜表面微孔尺寸减小,耐蚀性能增大,但频率改变对膜层的厚度影响较小;当占空比>45%时,膜层的表面微孔尺寸及厚度有增大趋势,膜层表面出现击穿破坏而导致耐蚀性能降低。优化的电参数为:电压230~260 V,频率300~500 Hz,占空比30%~45%。     

氧化时间对Ti-6Al-4V微弧氧化膜结构与性能的影响

在Na3PO4电解液中于恒流条件下对Ti-6Al-4V合金进行了微弧氧化处理,考察了氧化时间对微弧氧化膜表面形貌、生长速率、表面硬度和相组成的影响,并对不同氧化时间所得微弧氧化膜的摩擦学性能和耐蚀性能进行了表征.研究结果表明:随着氧化时间的延长,氧化膜表面微孔孔径逐渐增大,微孔数量逐渐减少,氧化膜生长速率逐渐减小,氧化膜的厚度逐渐增加,平均表面硬度呈先增大后减小的趋势;微弧氧化膜主要由金红石TiO2和锐钛矿TiO2相组成,随着氧化时间的延长,金红石相所占比例逐渐增大;氧化时间的长短对微弧氧化膜的摩擦系数影响不大,但对其磨损寿命有着显著影响,延长氧化时间可大大提高微弧氧化膜的磨损寿命,且随着氧化时间的延长,所得微弧氧化膜的腐蚀电位逐渐增大,腐蚀电流先减小后增大.     

负向电压与氧化时间对AZ91D微弧氧化膜层形成特性的影响

在硅酸盐体系下对AZ91D镁合金进行了微弧氧化处理,研究了负向电压和氧化时间对微弧氧化膜层特性的影响,并通过XRD、金相显微镜及SEM对氧化膜进行了相结构和表面形貌的分析.结果表明,随着负向电压的提高,膜厚逐渐增加,表面孔洞增大,但孔洞及微裂纹的数量减少,当负向电压为120 V时,膜厚达到157μm,孔洞及裂纹数量最少.延长氧化时间,使得微弧氧化膜层厚度增加,膜层生长速率先增大后减小.氧化膜层主要由立方结构MgO和镁橄榄石相Mg2SiO4构成,衍射谱中未发现Mg的衍射峰,氧化膜层致密性较好.陶瓷膜层由致密层和疏松层组成且与基体结合紧密.     

钛合金切削过程氧化膜特性研究

高速切削钛合金时，在加工表面会产生氧化膜，对钛合金的力学性能造成影响。对钛合金Ti-6Al-4V进行单因素车削试验，研究切削表面变形特性并对氧化膜表面进行物相分析。结果表明：切削表面会产生严重塑性变形，变形层的厚度随着进给量的增大而增大，切削表面发生氧化反应，形成氧化膜，表面呈现不同的颜色，其成分主要为Al2O3、锐钛矿型 TiO2 和金红石型 TiO2。     

Ti-6Al-4V表面ZrO_2/TiO_2微弧氧化复合陶瓷层的生长特性

研究了Ti-6Al-4V表面ZrO2/TiO2复合陶瓷层的生长规律。采用SEM和XRD分析了氧化时间对陶瓷层的厚度、表面和截面形貌、元素分布和相组成的影响。结果表明:膜层呈现出先快后慢最后趋于平稳的生长动力学,最终膜层厚度44μm。陶瓷膜表面分布着富Zr的陶瓷颗粒,这是由于氧化膜外层的火花放电形成的特征结构。膜层由m-ZrO2、Rutile-TiO2和ZrTiO4组成,Zr元素含量最高可达50.47%。随着氧化时间的增长,膜层表面的Zr含量逐渐降低,m-ZrO2逐渐减少而Rutile-TiO2逐渐增多,并且出现了新相Ti2ZrO6。     

不同电压下镁合金的微弧氧化行为

为了解电压在镁合金微弧氧化中的作用,本工作在双极性脉冲电源的恒流加载方式下,通过考察电压对氧化时间、膜层厚度及表面形貌的影响,研究电压对微弧氧化机理的影响。结果发现,当负电压为零,占空比20%和30%时,电压低于380V时所需的氧化时间要短于电压高于380V时的氧化时间。当占空比30%,负电压为零和40V时,电压低于340V的氧化时间和膜层增长速率都小于电压高于340V的;电压低于340V时的膜层表面形貌优于340V以上膜层。可见,微弧氧化过程中存在一个临界电压,微弧氧化过程分成两种情况,两种情况的微弧氧化机理不尽相同。     

占空比对钛合金微弧氧化生物膜的影响

采用β-甘油磷酸钠和醋酸钙组成的混合电解液制备钛合金微弧氧化陶瓷膜。研究了脉冲电信号占空比对Ti6Al4V合金膜层形貌、膜厚、膜与基体的结合强度、以及膜组成相的影响。研究结果显示:随着占空比的增大,合金膜层表面的微孔数目增多、尺寸变大、膜层变厚,但膜层增长的速度变得缓慢;膜与基体的结合强度在下降,但仍然很高;组成相中锐钛矿型Ti O2的含量会减少,而金红石型Ti O2的含量将逐渐增加。这些说明占空比对Ti6Al4V合金微弧氧化生物膜的形成有重要影响。     

电参数对AZ91D镁合金微弧氧化过程和膜层的影响

在硅铝复合电解液中,采用不同的电参数在AZ91D镁合金表面制备微弧氧化膜。利用扫描电镜(SEM)观察了膜层表面微观形貌;通过膜层测厚仪测量了氧化膜的厚度。结果表明,随着电流密度、占空比或者氧化时间的增大,膜层的不均匀程度都逐渐增大,表面放电孔洞尺寸变大,数量减少;电流密度大于10A/dm2或氧化时间超过15min时,微弧氧化过程会出现熄弧阶段;膜层厚度随着电流密度的增加而呈现近似线性增加后趋于稳定的变化趋势;而随着占空比或者氧化时间的延长,膜层厚度则逐渐增大。     

Fabrication of super-hydrophobic surface on copper surface by polymer plating

The 6-(N-allyl-1,1,2,2-tetrahydroperfluorodecyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodium) (ATP) was used to fabricate polymeric thin film on pure copper plate to achieve super-hydrophobic surface. The copper plates were pretreated to gain rough surfaces by chemical etching before polymer plating. The polymer plating process of ATP on copper in Na₂CO₃ aqueous solution and the growth mechanism of poly(6-(N-allyl-1,1,2,2-tetrahydro-perfluorodecyl) amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol) (PAT) thin film was studied by means of cyclic voltammetry. The polymeric film was investigated by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the etched surfaces were observed by atomic force microscopy (AFM). A contact angle meter was applied to measure the contact angles with distilled water drops at ambient temperature. The experimental results indicated that the polymeric film formed on rough copper surface exhibits super-hydrophobic property with a distilled water contact angle of 155°. The wettability of copper surfaces was discussed on the basis of both Wenzel and Cassie theories. The etching and polymer plating processes are time-saving, inexpensive, environmental and fairly convenient to carry out. It is expected that this technique will advance the production of super-hydrophobic materials with new applications in large scale. Moreover, this kind of thin film can be used as a dielectric material due to its insulated feature.     

纳米金刚石表面改性处理及表面结构表征

利用强氧化性酸和真空热处理对尺寸为50nm的金刚石微粉进行表面改性处理并进行研究。通过XRD、Raman、TG-DTA以及FTIR等分析手段测试了纳米金刚石的表面结构和耐热性能。研究结果表明:这一工艺可以去除纳米金刚石表面大部分吸附杂质,提高耐热性能,但羟基和羰基等基团难以去除。     

热带表面缺陷与轧辊表面状态的关系

工作辊表面氧化膜状态与带钢表面氧化铁皮细孔及小白条压入缺陷的产生有密切关系。分析了氧化膜的形成过程、动态变化及脱落原因,并提出了控制方法和措施。     

Effect of industrial surface finishes on heat treatment and surface engineering of steel

Abstract

The surface state of industrial parts is complex and effective heat treatment or surface engineering of such parts requires a precise knowledge of how the steel was produced and manufactured. During manufacturing a mechanical part will be subject to the actions of various tools, mechanical constraints and diverse: solids, liquids or gases. Current highly automated processes have introduced new materials and chemicals which change the characteristics of the surface and may generate defects or even scrap. A series of case studies is presented illustrating the problems arising from industrial processes and their solutions.     

曲面磁性研磨加工的表面粗糙度特性研究

针对大型模具曲面精整加工问题,探讨采用磁性研磨加工模具曲面的工艺.根据磁性研磨加工原理,基于数控铣床研制了磁性研磨实验装置,对曲面的磁性研磨加工进行了实验研究.采用工具旋转的磁性研磨加工方式,磁性磨料受到磁场约束力和离心力的作用,成为影响加工过程正反两方面的因素.经过对磁性研磨加工过程中加工区域的磁感应强度、加工间隙、磁极工具转速及加工次数等参数对曲面工件表面粗糙度影响规律的研究,得到了曲面磁性研磨加工过程优化参数.     

表面不平度对近表面缺陷的超声检测的影响

激光焊接是连接钛合金的一种主要的工艺方法.由于焊缝中气孔形成倾向较大,需要进行严格的无损检测.文中概述了超声自动检测过程中工件表面不平度的不利影响,重点分析了焊缝余高对检测结果的影响.采用不同频率的探头对模拟试件进行超声水浸检测,通过对焊缝的不同位置进行测试得到适用的探头频率及其它检测参数.结果表明,通过选择合适的探头频率和检测工艺,可以减小表面不平度对检测灵敏度的影响,可以发现工件表面以下深度为1.0～2.5 mm、最小直径为0.3 mm的气孔缺陷,从而提高超声自动检测的可靠性.     

Conductive surface via graft polymerization of aniline on a modified glass surface

A functionalization with an aniline monolayer of a modified glass surface, followed by the surface grafting of polyaniline (PANI) was used to prepare a conductive surface. A bromopropylsilane monolayer was first generated by reacting a hydroxylated surface with 3-bromopropyltrichlorosilane under an inert atmosphere. This layer was functionalized by its reaction with aniline, which substituted the bromide atoms of the silane chain. Further, the tethered aniline molecules were used as active sites for the graft polymerization of PANI on the surface. The composition and microstructure of the PANI-grafted glass surfaces were examined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and ultra-violet (UV) spectroscopy, as well as by contact angle measurements. The surface conductivity of the modified glass surface-grafted with PANI was of the order of 10 S/cm, hence, larger than the usual value (∼1 S/cm) of the bulk PANI.     

摩擦系数对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响

在数值模拟中分别改变板料-凸模界面摩擦系数、板料-凹模界面摩擦系数和同时改变这两个界面摩擦系数,研究减小不同界面摩擦系数变化对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响规律。结果表明,减小板料-凸模界面摩擦系数获得的光亮带比最大,减小板料-凹模界面摩擦系数次之,同时改变两个界面摩擦系数的情况下光亮带比最小;当板料接触界面摩擦系数较小时,改变板料-凸模界面摩擦系数可以获得最大的光亮带比;当摩擦系数较大时,同时改变板料上下表面摩擦系数可以获得最大的光亮带比。改变板料摩擦系数可以显著扩大剪切区内静水压应力分布的范围,抑制凹模刃口附近裂纹的萌生。