交流脉冲参数对TC4钛合金微弧氧化陶瓷膜的影响

为了研究交流脉冲占空比和频率对微弧氧化膜的影响.采用恒电流方式对TC4钛合金进行微弧氧化,用扫描电镜和X衍射仪分析膜层的表面形貌及相结构.结果表明:随占空比的增大,微弧氧化膜层的生长速率增大,金红石相TiO2相对含量增加;随频率的增大,微弧氧化膜层的生长速率减小,表面趋于平整,锐钛矿相和金红石相TiO2相对含量与处理频率无关.     

磷酸盐系溶液中钛合金微弧氧化涂层生长与组织结构

采用常流脉冲控制方式于(NaPO3)6-NaF-NaAlO2溶液中用微弧氧化法在Ti6Al4V表面制备了陶瓷化涂层, 研究了涂层的生长过程及组织结构变化.结果表明: 氧化过程中涂层的生长经历了由快到慢的过程, 在前10min涂层以较快速度生长(约3μm/min), 随着时间的延长涂层生长速度逐渐减慢; 生长过程中涂层表面微孔数目减少, 微孔孔径增大, 涂层表面气孔率增大; 涂层主要由二氧化钛的两种不同变体(锐钛矿及金红石)以及磷化物相AlPO4组成; 随着氧化的进行, 锐钛矿含量降低, 金红石含量增加, 氧化过程中发生了锐钛矿相到金红石相的相转变; 结晶AlPO4相是通过水合多聚磷酸铝在放电区附近发生高温热解反应而进入涂层.     

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.     

微弧氧化时间对二氧化钛薄膜微观结构与性能的影响

为提高钛表面原位生长TiO2薄膜层的光催化活性,在恒定电流下,研究了微弧氧化时间对所得膜层光催化活性的影响.利用XRD、SEM和分光光度计研究了氧化膜的相组成、微观结构和光降解效率.结果表明:随氧化时间的延长,涂层表面微孔孔径增加,粗糙度和膜厚变大,微孔数量减少;微弧氧化膜主要由金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2组成,随氧化时间的延长,金红石相所占比例逐渐增大;膜层具有较高的光催化活性,该能力主要取决于膜内锐钛矿型TiO2的含量,且随着光照时间的延长而提高,并最终趋于稳定.     

球磨纳米TiO2的结构转变

采用X射线衍射研究锐钛矿型纳米TiO2在高能球磨过程中及球磨后的纳米TiO2在退火过程中的结构变化。结果表现在室温常压下高能球磨诱发锐钛矿相转变为金红石相和S相。随着退火温度升高，球磨纳米TiO2粉末的晶粒逐渐长大，锐钛矿相逐渐转变为金红石相，而S相并不直接转变为金红石相而是先转变为锐钛矿相，然后由锐钛矿相转变为金红石相。与未球磨的纳米TiO2相比，高能球磨导致的晶粒细化，显微畸变以及晶格缺陷密度的增加而引起的额外储能使球磨后纳米TiO2的锐钛矿相-金红石相转变温度明显降低。     

纳米多孔TiO2膜的晶化处理及其热稳定性研究

通过恒压阳极氧化法在HF酸和CrO3的混合电解液中，在纯钛TAl和钛合金TC4表面分别制备了纳米多孔无定型TiO2膜。研究了TAl和TC4表面无定型TiO2膜在空气中热处理的组织转变过程。TAl试样表面的纳米多孔TiO2膜在250℃左右出现锐钛矿相，480℃左右出现金红石相，在600℃左右锐钛矿相向金红石相的转变基本完成，孔结构在600℃左右基本消失；TC4试样表面的纳米多孔TiO2膜在310℃左右出现锐钛矿相，600℃左右出现金红石相，在680℃左右锐钛相向金红石相的转变基本完成，孔结构在700℃左右基本消失。TC4试样表面的氧化膜所含合金元素Al和V，对上述结晶转变温度和孔结构存在的最高温度的差别存在重要影响。     

Ti6Al4V合金微弧氧化/Cr2O3复合膜的生长特征与摩擦学性能

在电解液中加入Cr2O3微粒,以共生沉积方式在Ti6Al4V表面制备微弧氧化/Cr2O3复合膜。利用SEM、XRD、EDS等研究复合膜的生长规律及Cr2O3微粒的沉积方式,通过摩擦试验分析不同生长阶段的复合膜的摩擦磨损性能。结果表明:在0~30min内,复合膜呈近线性增长,之后生长速率明显变缓,膜层表面也出现了大块Cr2O3团聚体。复合膜主要由金红石TiO2、锐钛矿TiO2及Cr2O3相组成。随氧化时间的延长,锐钛矿TiO2逐渐减少,金红石TiO2含量先增加后趋于稳定,而Cr2O3的衍射峰一直增强,复合膜的耐磨性也先增后降;氧化20min时,复合膜的耐磨性最好,摩擦系数最小,仅为0.05~0.2。在微弧氧化过程中,Cr2O3微粒或直接吸附在熔融态的氧化膜表面,或被捕捉、锁定到氧化膜的表面微孔中;也有部分Cr2O3微粒被高温放电产生的熔融物裹覆并一起遇冷凝固到氧化膜中。     

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。     

电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。     

电弧功率对液料等离子喷涂TiO2纳米涂层结构的影响

采用液料等离子喷涂法，在不同电弧功率条件下，用含有0．2w(钛酸丁酯)的乙醇溶液为喷涂材料，制备了TiO2涂层。用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪分析了涂层的显微组织结构与晶型结构，计算了涂层中的锐钛矿相相对含量与晶粒尺寸。结果表明，液料等离子喷涂TiO2涂层为纳米颗粒堆积形成的纳米结构涂层，涂层由锐钛矿相和金红石相两相构成。涂层中锐钛矿相含量可超过70％，并随着电弧功率的增大而减小。涂层中TiO2晶粒的平均尺寸为20～60nm且随电弧功率的增大而增大。     

LY12铝合金微弧氧化膜三维组织结构及占空比影响研究

在Na2SiO3-KOH溶液体系中,采用恒流模式在LY12铝合金表面进行了占空比不同、厚度均为50μm的微弧氧化(Microarc oxidation,MAO)陶瓷膜制备。着重对微弧氧化膜表层、次层、内层以及界面的三维组织结构进行分析,并研究了占空比对陶瓷膜显微结构及相组成的影响。结果表明,大尺寸放电微孔仅在陶瓷膜近表面残存,而次层及内层微孔尺寸明显减小,且临近基体金属侧膜层中γ-Al2O3相较多。陶瓷膜截面能谱分析显示,Si元素在陶瓷膜外层及膜层内部微孔处含量相对较多。占空比对膜层结构影响显著,当占空比较小时陶瓷膜外表面为典型的火山喷射状形貌,随占空比增加,表面呈现出较多尺寸较大的饼状平滑区。陶瓷膜内/外表面XRD分析表明,内/外部膜层中α-Al2O3相含量都随占空比的增加而增加。     

负脉冲电压对A356铝合金双脉冲微弧氧化膜组织与耐蚀性的影响

采用SEM、覆层测厚仪等研究了负脉冲电压对A356铝合金双脉冲微弧氧化处理膜的组织微观结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明,负脉冲电压通过其电极反应对膜层的组织与耐蚀性有重要影响,随负脉冲电压由0增加到160V,膜层厚度随负脉冲电压的升高而增加;膜层表面粗糙度先减小后增加,表面微孔孔径与数量先减小后增加,在负脉冲电压为40V时膜层表观上最致密;微弧氧化处理明显提高了合金的耐蚀性能,负脉冲电压为0V时最佳。     

电源占空比对TC4合金微弧氧化生物膜层性能影响

为了利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备钙磷生物膜层,并确定该工艺电源占空比对膜层性能影响。研究了在恒电流和恒电压下,电源占空比对于膜层厚度、表面粗糙度和钙磷摩尔含量的影响规律。并利用SEM分析了不同占空比对于膜层表面形貌的影响。结果表明,恒压下随占空比增加,膜层厚度和表面粗糙度同时增加,膜层中钙磷含量增加;而恒流模式下,膜层厚度和表面粗糙度增长缓慢且呈先增加后减小趋势,膜层表面形貌、粗糙程度变化不大。故希望获得厚膜层应选择恒压模式,而恒流模式适于表面光滑膜层制备。     

SiC纳米颗粒对TA2微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响机制

为提高钛及钛合金防腐蚀、耐磨损等关键服役性能,本研究在TA2钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层,研究纳米SiC颗粒的添加对微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响机制.结果表明,基础电解液中SiC的加入能够大幅度提高TA2微弧氧化涂层的厚度,且随着电压的升高,涂层的厚度和表面粗糙度也随之增大,涂层表面的微孔尺寸随着电压的升高而逐渐增大,SiC的加入能够有效地抑制微弧氧化涂层表面裂纹的产生;微弧氧化涂层的物相主要有高温稳定相金红石及锐钛矿,还含有少量的SiC及SiO2;微弧氧化涂层增加TA2的开路电位及自腐蚀电位,随着处理电压的增加开路电位随着升高;SiC的加入降低了涂层的阳极电流密度,显著提高了微弧氧化涂层得耐蚀性能。     

交变方波电源参数对镁合金AZ91D微弧氧化的影响

在碱性硼酸盐体系中,使用新型的交变方波电源在镁合金AZ91D上制备微弧氧化膜。用正交实验法研究电压、频率和占空比等电源参数对微弧氧化膜性能的影响。结果表明：微弧氧化膜的厚度随电压和占空比的升高而增厚,但随频率的升高而减薄。氧化膜的结构和形貌随电源参数的变化而变化,氧化膜上的孔隙和裂缝会随着电压和占空比的升高而增多。当电压低于120V时,只能得到薄而透明的氧化膜,氧化膜的主要成分为MgO,Al2O3,MgAl2O4和MgSiO3。在3.5%氯化钠溶液中,采用电化学阻抗谱和极化曲线检测了氧化膜的耐腐蚀性。结果表明,当电压、频率和占空比分别为140V,2000Hz和0.4时,微弧氧化膜的耐腐蚀性最好。     

Synthetic Effects of Frequency and Duty Ratio on Growth Characteristics,Energy Consumption and Corrosion Properties of Microarc Oxidized Coating Formed on Ti6Al4V

The synthetic effects of frequency and duty ratio on growth characteristics and corrosion properties of coating on Ti6 Al4 V fabricated by microarc oxidation are investigated comprehensively. Under the condition of uniform cumulating time of positive impulse width, the essence of altering frequency and duty ratio to determine the formation of coating is to vary the duration and interval time of positive pulse. The growth of coating is mainly controlled by duration time of positive pulse and hardly correlated to the interval time of positive pulse, while both duration and interval time of positive pulse have few influences on the morphology and phase structures of coating. The dynamic current is related to positive impulse width and the ratio of positive pulse on-time to pulse off-time. Regardless of uniform duration or interval time of positive pulse, the energy dissipation presents a descending tendency. The relationship between energy consumption and anticorrosion performance is contradictory, and obtaining excellent corrosion resistance is bound to sacrifice lots of energy. The duty ratio and frequency can be designed purposefully to realize the optimal process.     

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。     

脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响

目的研究脉冲偏压占空比对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和硬度的影响规律。方法利用脉冲偏压电弧离子镀的方法,改变脉冲偏压占空比,在M2高速钢表面制备5种TiN/TiAlN多层薄膜,对比研究了薄膜的微观结构、元素成分、相结构和硬度的变化规律。结果 TiN/TiAlN多层薄膜表面出现了电弧离子镀制备薄膜的典型生长形貌,随着脉冲偏压占空比的增加,薄膜表面的大颗粒数目明显减少。此外,脉冲偏压占空比的增加还引起多层薄膜中Al/Ti原子比的降低。结论 TiN/TiAlN多层薄膜主要以(111)晶面择优取向生长,此外还含有(311),(222)和(200)晶相结构。5种多层薄膜的纳米硬度均在33GPa以上,当脉冲偏压占空比为20%时,可实现超硬薄膜的制备。     

电流密度对钛合金微弧氧化膜的影响

采用交流微弧氧化法于Na2SiO3、Na3PO4溶液中在Ti6A14V表面形成了氧化物陶瓷膜.研究了电流密度对电压、厚度、相组成、氧化膜与基体的结合力、耐腐蚀性能的影响.结果表明,随着电流密度的增大,氧化膜终止电压升高,氧化膜的厚度逐渐增加.氧化膜主要由锐铁矿和金红石相TiO2组成,随着氧化膜中金红石相TiO2的含量增加,氧化膜与基体的结合力逐渐降低,并趋于持平.氧化膜在30%的硫酸溶液中耐腐蚀性能稍有降低.