电解质对钛合金微弧氧化放电方式和耐磨性能的影响

目的 通过比较添加微量磷酸盐对放电方式的影响,表征各膜层的微观结构与成分组成,研究分析放电方式差异对膜层耐磨性能的影响。方法 在3组电解液中分别进行TC4钛合金微弧氧化,以磨损率为指标判定每组的最优配比。通过扫描电子显微镜(SEM)观察膜层表面与截面微观形貌。使用X射线能量色散谱仪(EDS)分析膜层表面和磨损区域的元素分布情况。使用X射线衍射仪(XRD)表征膜层物相结构组成,通过维氏显微硬度计测量膜层的硬度,使用摩擦磨损试验机进行膜层摩擦学性能测试,并通过三维形貌仪分析磨痕轮廓。结果 在铝酸盐电解液中添加磷酸盐电解质后会增强A、C型放电,减弱B型放电,使制得膜层的缺陷(微孔与微裂纹)明显增多,产生了较厚的疏松层,并且随着电解液中磷酸根离子的增多,放电方式进一步受影响,膜层磨损率也大幅增加。而不添加磷酸盐的20 g/L铝酸盐浓度制备的钛合金微弧氧化膜层在15 N高载荷滑动干摩擦下的摩擦系数为0.6~0.7,磨痕窄且浅,磨损率仅为基体的7.22%。结论 磷酸盐电解质极易引起杂质放电,导致微弧氧化反应时B型放电显著减弱,A、C型放电大幅增加,导致膜层致密性显著降低,严重降低了微弧氧化膜层的耐磨性能。20 g/L铝酸盐电解液制备的钛合金微弧氧化膜层缺陷少、硬度高、厚度大,显著改善了高载荷下钛合金的耐磨性能。     

TC4钛合金微弧氧化膜层动态热力学性能研究

在锆盐电解液体系中制备出厚度为20μm的微弧氧化膜层,通过动态热机械分析仪研究了TC4钛合金表面的微弧氧化膜层与基体结构的热-机耦合载荷失效行为。结果表明:温度对TC4钛合金微弧氧化膜层服役失效有重要影响。当升温到300℃时,膜层与基体开始出现热膨胀系数不稳定而产生热错配残余应力;当温度到达500℃时,膜层内部出现明显的裂纹,且膜层也在一定程度上与基体发生剥落行为。     

MoS2对2Al2铝合金表面微弧氧化膜层组织和性能的影响

为了提高海洋工业用2A12铝合金的耐腐蚀性能,采用微弧氧化技术在2Al2铝合金表面制备微弧氧化膜层。研究了电解液中MoS_2纳米颗粒的浓度对微弧氧化膜层的结构和性能的影响。研究结果表明:电解液中MoS_2纳米颗粒的浓度对微弧氧化膜层的制备有显著的影响。当MoS_2纳米颗粒的浓度为2.0 g/L时,膜层的表面致密且光滑,膜层的厚度最大;与未添加MoS_2颗粒相比,MoS_2纳米颗粒的掺入显著提高了MAO膜层的耐磨性;此外,电解液中添加2.0 g/L MoS_2纳米颗粒,获得的MAO膜层的耐腐蚀性能最佳。     

钙磷含量对TA2医用钛合金微弧氧化膜层的影响

在不同钙磷原子比的硅酸盐电解液中,通过微弧氧化技术在钛合金的表面制备陶瓷膜层,研究了溶液中钙磷原子比对膜层结构和成分的影响,并讨论了膜层形成机理。结果表明,膜层中的元素含量与电解液中的元素含量为非线性关系;钙磷原子比为8时,膜层中的钙磷原子比接近羟基磷灰石。此外,电解液浓度增加增大膜层表面粗糙度。     

工艺参数对钛合金微弧氧化钙磷膜层结构和成分的影响

为了提高钛合金的表面生物活性,采用在含有钙磷的电解液中对钛合金进行了微弧氧化,得到了含有钙磷的氧化层.研究了微弧氧化溶液浓度和氧化时间对膜层孔洞的影响,讨论了氧化膜中孔洞的形成和氧化膜生长机制.结果表明,在一定的条件下,电解液浓度的升高使得微弧氧化过程中电流密度相对增大,从而使得膜层孔洞增大.随着微弧氧化处理时间的延长,膜层表面的孔洞逐渐变小,最终封闭;膜层内钙含量随微弧氧化处理时间的延长而逐渐增多;膜层内磷含量先是增加,后有下降趋势.     

掺杂HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响

在电解液中添加HfO2对Ti-6Al-4V钛合金进行微弧氧化处理,通过表征微弧氧化膜表、截面形貌,膜层成分及电化学行为,并测量膜层厚度、硬度、粗糙度等参数来研究添加HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响。结果表明：添加HfO2后,微弧氧化膜层主要成分是Al2TiO5、TiO2和γ-Al2O3。较合适浓度的HfO2能促进成膜反应,改善微弧氧化膜的微观结构,提高膜层的厚度、硬度并降低表面粗糙度,且膜层试样具有双层膜结构,膜层试样的耐腐蚀性能好于原基体。HfO2浓度为3.0g/L时所获得的微弧氧化膜层综合性能最佳。     

纳米TiO2对D16T铝合金微弧氧化膜耐磨性的影响及机理

目的 提高D16T铝合金的耐磨损性能。方法 通过向硅酸盐和磷酸盐混合电解液体系中添加2 g/L纳米TiO2添加剂,利用微弧氧化技术在其表面制备微弧氧化陶瓷膜。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、显微硬度计、厚度测试仪、摩擦磨损试验机等,研究了纳米TiO2添加剂对D16T铝合金微弧氧化膜的结构和耐磨损性能的影响及机理。结果 纳米TiO2的添加使得微弧氧化膜层的表面变得更加平整、致密,具有更少的微孔和裂纹,大大改善了膜层结构。相比于未添加纳米TiO2的电解液中制得的微弧氧化膜,在含纳米TiO2的电解液中所制得的微弧氧化膜中有新相TiO2生成,并且促使更多的α-Al2O3相和γ-Al2O3相生成,使膜层厚度得到明显增加,膜厚达31.2 μm,显微硬度也得到显著提高,达510HV。纳米TiO2的添加,降低了D16T微弧氧化膜层试样的摩擦系数,平均摩擦系数为0.45,明显低于不含纳米TiO2的D16T微弧氧化膜层试样的摩擦系数（0.75）。结论 加入到电解液中的纳米TiO2在微弧氧化反应过程中已进入到所形成的氧化膜层,并且填充了膜层中的微孔和裂纹,改善了膜层结构,增加了膜层厚度,显著提高了微弧氧化膜层的显微硬度和耐磨损性能。     

锆溶胶对铝合金微弧氧化过程的影响

在原位锆溶胶和外加锆溶胶的磷酸盐电解液体系中,采用恒流模式对铝合金进行微弧氧化,通过分析氧化过程中电压和电解液参数的变化、氧化膜生长规律以及膜层表面形貌结构,研究锆溶胶对铝合金微弧氧化成膜过程的影响。结果表明,原位锆溶胶电解液氧化过程中pH值降低及电导率增加幅度较小,起弧电压、电解液温度较低,膜层生长速率较快,其厚度增长速率约为2.9μm/min。原位锆溶胶电解液制备的膜层表面呈多孔网状结构,内外膜层结合紧密,膜层较厚,可达85μm;外加锆溶胶电解液生成膜层表面有火山状沉积物,膜层疏松;微弧氧化膜主要由γ-Al2O3和t-ZrO2相组成。     

蛇纹石复合微弧氧化膜层制备及工艺参数优化

采用微弧氧化技术,在电解质溶液中添加蛇纹石微纳米颗粒,在ZL109铝合金表面原位生长陶瓷层,制备蛇纹石复合微弧氧化膜层。采用正交试验法,通过测定膜层厚度、表面粗糙度和膜层中蛇纹石含量,以及扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析,对制备蛇纹石复合微弧氧化膜层的工艺参数进行优化研究。结果表明:双向恒压模式下制得的微弧氧化膜层表面微孔孔径较小,粗糙度较低,但膜中的蛇纹石含量较低;单向恒压和单向恒流模式下制得的微弧氧化膜层中蛇纹石含量较高,且单向恒流模式下制得的微弧氧化膜层表面裂纹明显减少;微弧氧化膜层中的蛇纹石含量、膜层厚度及粗糙度均随电流的增加而增加,随频率的增加而减少,随电解液中蛇纹石微纳米颗粒浓度的增加而增加;制备蛇纹石复合微弧氧化膜层优化后的工艺参数为:单向恒流模式,正向电流8 A,频率500 Hz,电解液中的蛇纹石微纳米颗粒浓度10 g/L。     

梯度多孔Ti的微弧氧化研究

在硫酸电解液中对致密Ti和梯度多孔Ti样品进行微弧氧化研究。分析了孔隙特性、电流密度和电解液组成对微弧氧化过程中起始电压、击穿电压、起弧时间、氧化膜形貌和厚度的影响,并测量了微弧氧化膜的物相组成。结果表明:与致密Ti样品相比,梯度多孔Ti样品的起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,氧化膜层厚度增加。随着电流密度的增加,梯度多孔Ti微弧氧化反应剧烈,表面膜层的微孔直径增大,孔洞变小,膜层表面粗糙度增加,膜层变厚。当在硫酸电解液中加入少量硝酸镧后,微弧氧化起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,表面氧化膜的平均孔径从200nm增加到2μm左右,膜层厚度从27.6μm增加到35.6μm,膜层表面粗糙度增加。XRD分析表明,微弧氧化膜主要由Ti、锐钛矿TiO2和金红石TiO2相组成,其中以锐钛矿TiO2为主。     

TC4钛合金表面微弧氧化原位生长自润滑MoS2/TiO2膜层研究

钛合金表面减摩涂层的设计和制备是提升钛合金构件耐磨性能、保障服役安全的重要技术之一。针对于目前钛合金减摩涂层中减摩剂分散不均匀,易于团聚导致膜基结合力差等问题,本论文采用一步微弧氧化技术在TC4合金表面原位生长纳米MoS2颗粒,制备具有减磨作用的MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;讨论了原位反应中硫源添加量对膜层微观结构及耐磨性能的影响。结果表明：以Na2S和Na2MoO4分别为硫源和钼源在TC4合金表面通过微弧氧化制备出了MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;通过控制Na2S浓度可以原位生成具有小尺寸、均匀化分布的纳米MoS2颗粒,并实现对MoS2含量和形态的调控。随着Na2S浓度的增加,膜层结构逐渐致密化且表面粗糙度较低,当添加量到达60g/L时,由于硫沉淀作用导致膜层开始疏松,粗糙度增加。由于膜层表面和内部均存在均匀化分布且具有自润滑作用的MoS2颗粒,所得膜层耐磨性较传统微弧氧化膜层或直接添加MoS2颗粒所得膜层分别提高了395.4%、129.4%;同时,膜基结合力较传统微弧氧化提高了87.1%,达到了723.8N,说明了该技术在保证良好的自润滑效果同时改善了膜基结合力。该研究结果可以为钛合金耐磨涂层设计和制备提供新思路和研究方法。     

TiN颗粒对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

目的分析Ti N颗粒在镁合金微弧氧化过程中的作用,并研究其在膜层中对镁合金硬度、耐磨和耐蚀等性能的影响。方法通过在微弧氧化电解液中添加2.7μm Ti N颗粒,并使其充分分散于电解液中,使电解液中Ti N颗粒的质量浓度分别为0、2、4、6 g/L,并控制其他实验参数(如电流密度、频率、占空比和氧化时间)一样的情况下进行实验,通过电子显微镜、涂层厚度测厚仪、显微维氏硬度计、X射线衍射和电化学工作站,分别从膜层的表面形貌、厚度、硬度、相组成及耐蚀性等方面,研究了Ti N颗粒对镁合金微弧氧化膜层性能的影响。结果在微弧氧化电解液中添加Ti N颗粒后,相同电化学参数下制得的微弧氧化膜层变得致密,厚度、硬度有所增加,氧化膜层主要由Mg、MgO、Mg2Zr5O12、Ti N组成。极化曲线显示,加入Ti N颗粒,制备的微弧氧化膜层比未加入Ti N颗粒制得的膜层的腐蚀电流下降了2个数量级。阻抗图谱表明,电阻值增加了1个数量级。结论 Ti N颗粒能够随镁合金的微弧氧化过程进入制得的氧化膜层中,并且能够增加膜层厚度和硬度,使膜层的耐磨、耐蚀性得到提高。     

镁合金微弧氧化工艺参数研究

镁合金是目前最轻的金属,它可以部分替代一些钢铁材料来实现材料的轻量化。而且镁合金具有比强度、比刚度较高,减震性、减噪性、加工性较好等优点,市场对它的需求量也越来越大。但是镁合金的电位很低,易与其他金属发生电偶腐蚀,利用微弧氧化可在镁合金表面制得一层综合性能较好、类似陶瓷层的一种膜层,可大大提高镁合金的耐蚀性、耐磨性及耐高温性,因此微弧氧化技术在镁合金表面处理上得到了较快发展。对此,首先介绍了微弧氧化机理的研究现状,总结了微弧氧化过程的几个主要阶段及其主要作用;其次,重点概述了影响镁合金微弧氧化陶瓷膜制备工艺的主要因素,特别是电参数、电解液及氧化时间等对膜层结构、形貌及性能的影响;最后提出目前镁合金微弧氧化工艺存在的几个主要问题,并对其解决办法及应用前景进行了展望。     

纳米二氧化锆对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

利用多功能微弧氧化电源,采用目前工艺较为成熟和应用最广泛的电参数对TC4钛合金进行微弧氧化,并在电解液中添加不同浓度的纳米二氧化锆,对比微弧氧化膜层的微观形貌和综合力学性能,探究纳米二氧化锆对膜层的影响。实验结果表明,随着纳米二氧化锆浓度的增加,膜层厚度几乎不发生变化,但膜层的成分和含量发生改变：膜层中出现板钛矿相,且含量不断增加。当纳米二氧化锆浓度为2 g/L时,膜层的粗糙度相比未添加纳米二氧化锆时大幅下降,膜层耐磨性能最好,且此时膜层表面微孔直径最小且尺寸均匀,耐腐蚀性能最佳。     

医用镁合金微弧氧化工艺研究进展

从火花放电方面归纳整理了镁合金微弧氧化膜层的形成机理,并分析了膜层结构。在此基础上,结合国内外研究现状,阐述了预处理、电解质和添加剂以及电参数（电压、电流模式和脉冲频率）和封孔技术对镁合金微弧氧化膜层耐蚀性和生物相容性的影响。着重分析了电解质和添加剂的种类、浓度对膜层和生物性能的影响机制,其中电解质包括碱性硅酸盐和磷酸盐电解液等,添加剂包括甘油、氟化物、羟基磷灰石和纳米粒子等。研究发现,碱性磷酸盐电解质的加入可以降低膜层腐蚀速率,促进骨整合和细胞附着过程,羟基磷灰石、Ca、P等具有生物活性和对人体有益的粒子作为添加剂加入,可以显著提高膜层的耐蚀性和生物相容性。最后,基于研究现状,对镁合金微弧氧化技术在生物医用方面的发展进行了展望。     

石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

目的研究石墨烯纳米片对D16T铝合金耐磨耐蚀性的影响,为铝合金表面微弧氧化处理技术在油气领域的应用提供理论依据。方法利用微弧氧化技术在含与不含石墨烯的电解液中在D16T铝合金表面制备微弧氧化膜层,采用XRD、SEM、EDS分析了膜层相结构和表面形貌,测试了膜层的粗糙度和显微硬度,通过摩擦磨损和电化学实验研究了石墨烯纳米片对D16T铝合金微弧氧化膜耐磨性和耐蚀性的影响。结果微弧氧化膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3相组成,石墨烯的添加使Al2O3相的衍射峰值和衍射峰的数量增加,Al衍射峰明显降低;膜层表面平整,表面熔融颗粒较少,表面有大块团聚物堆积。膜层由外部疏松层和内部致密层组成,疏松层微孔数量和微裂纹较少,膜层厚度稍有增加,致密层厚度由不含石墨烯时的0.6μm增至1.6μm。含石墨烯的膜层容抗弧半径明显增加,Bode图中低频阻抗值由5×10^5Ω·cm^2提升至106Ω·cm^2,疏松层电阻由1.57×10^5Ω·cm^2增至1.98×10^5Ω·cm^2,致密层电阻由3.07×10^5Ω·cm^2提升至1.24×106Ω·cm^2;膜层自腐蚀电位由-0.53 V提高至-0.41 V,自腐蚀电流密度由3.15×10^-7 A/cm^2降低至3.97×10^-8 A/cm^2;膜层质量磨损量明显降低,摩擦系数减小,耐磨性增加。结论石墨烯纳米片通过放电通道进入膜层填充膜层中的孔和裂纹,部分石墨烯形成团状覆于膜层表面,使膜层更加平整、致密,膜厚增加,膜层耐磨性和耐蚀性得到明显提升。     

添加硫酸铜对 TC4 钛合金微弧氧化膜性能的影响

目的研究CuSO_4浓度和微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)对TC4钛合金微弧氧化膜颜色及性能的影响。方法在磷酸钠电解液中,对TC4钛合金进行微弧氧化处理,并添加CuSO_4获得不同颜色的陶瓷膜,对氧化膜的宏观形貌、微观形貌、物相结构以及硬度进行分析。结果添加CuSO_4能使陶瓷膜颜色变深,随着CuSO_4浓度升高,膜层由灰色逐渐变为红褐色。当CuSO_4质量浓度为0.5 g/L时,氧化膜表面均匀致密,显微硬度最高(627.1HV);当CuSO_4质量浓度为1.5 g/L时,氧化膜显微硬度最低(382.8HV)。随着电压升高,膜层颜色加深,色泽更均匀,但表面硬度下降。在400 V条件下制备的氧化膜硬度最低,但是色泽最均匀。随着氧化时间的延长,氧化膜厚度增加,颜色加深,色泽更为均匀,但是当氧化时间超过15 min后,氧化膜颜色变浅。结论 CuSO_4对微弧氧化膜的显色作用明显,其浓度及微弧氧化工艺参数(电压、氧化时间)均对涂层性能、色泽、致密性、厚度及相组成具有很大的影响。     

铝合金微弧氧化的研究进展

综述了微弧氧化技术的发展历程、成膜机理,论述了铝合金微弧氧化的特点。基于铝合金微弧氧化工艺研究现状,详细阐述了氧化时间、占空比、电压、电流密度、电解液浓度、基体粗糙度、纳米颗粒添加剂以及复合工艺等对铝合金微弧氧化膜层的组织与性能的影响。如电流密度会影响涂层的生长机理,使膜层的表面结构和内部缺陷产生较大的差异;采用不同的电解液所得到的膜层的厚度和粗糙度有明显的区别;在不同的电压参数下膜层的均匀性及膜层中微孔的尺寸大不相同;制备微弧氧化复合涂层以及采用纳米增强颗粒可使膜层的结构和性能有大幅提升。通过改变以上影响因素对铝合金微弧氧化膜层组织和结构加以调控,从而实现了对膜层性能的优化,如膜层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性能的提高。最后对铝合金微弧氧化的发展方向提出了展望。     

电参数对锻铝合金微弧氧化涂层生长特性的影响

以微弧氧化技术在航空领域的应用为目标,选择常用的航空铝合金LD7,采用单因素实验研究了微弧氧化过程中电压、电流密度、频率、占空比等电参数对微弧氧化膜厚度和平均成膜速率的影响,得出了LD7铝合金在硅-磷复合电解液体系中进行微弧氧化的最佳工艺电参数.通过扫描电镜和X射线衍射谱对膜层的形貌和相结构进行了研究,结果表明:氧化时...     

Effect of Electrolytic Solution Concentrations on Surface Hydrophilicity of Micro-Arc Oxidation Ceramic Film Based on Ti6Al4V Titanium Alloy

在不同电解液浓度的钙盐和磷酸盐混合体系中对Ti6Al4V合金进行微弧氧化(MAO)以改善其微观结构和亲水性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的显微结构、物相组成、厚度以及亲水性能进行研究。结果表明:所制备的微弧氧化膜表面为粗糙多孔结构,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石。随磷酸二氢钾浓度升高,羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面多孔,且有较多含Ca、P的羟基磷灰石相,陶瓷膜的亲水性能提高,使得微弧氧化陶瓷膜的生物相容性得到提高。