磷酸盐体系正向电压对ZrH_(1.8)表面阻氢陶瓷层的影响

磷酸盐电解液体系下,以CeO_2作为电解液添加剂,采用恒压模式对氢化锆(ZrH_(1.8))表面进行微弧氧化(MAO)处理,研究正向电压对陶瓷层厚度、相结构、形貌,结合力以及阻氢渗透性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、涂层测厚仪、涂层划痕仪,分别分析了陶瓷层的表面和截面形貌、相结构、陶瓷层厚度以及膜层与基体的结合力,通过真空脱氢实验评价陶瓷层的阻氢性能。结果表明:随着正向电压的增加,氢化锆表面微弧氧化陶瓷层的厚度逐渐增加,当正向电压为375 V时陶瓷层的阻氢性能较好,氢渗透降低因子PRF值可达到14.2;正向电压的改变对陶瓷层的相结构没有明显影响,膜层主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)、四方相氧化锆(t-ZrO_2)和立方相氧化铈(c-CeO_2)组成,且以单斜相氧化锆(m-ZrO_2)为主。     

电解液体系对ZrH_(1.8)表面微弧氧化陶瓷层的影响

采用恒压模式分别在Na2SiO3,Na5P3O10和Na5P3O10+H2O2电解液体系下对ZrH1.8表面进行微弧氧化(MAO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、膜层测厚仪测试了陶瓷层的表面形貌、截面形貌、相结构及陶瓷层厚度,通过真空脱氢实验评估了陶瓷层的阻氢性能。研究结果表明:采用微弧氧化技术在氢化锆表面可以制得厚度范围在35~60μm的微弧氧化陶瓷层。不同的电解液体系下在氢化锆表面得到的微弧氧化陶瓷层的厚度不同,Na2SiO3电解液体系下得到的陶瓷层最厚,Na5P3O10+H2O2电解液体系次之,Na5P3O10电解液体系最薄。氢化锆表面微弧氧化陶瓷层由致密层和疏松层构成,靠近基体一侧为致密层,陶瓷层外层为疏松层。微弧氧化陶瓷层主要由单斜相氧化锆(M-ZrO2)和少量的四方相氧化锆(T-ZrO2)构成;综合比较,在Na5P3O10+H2O2电解液体系下可以获得厚度适中,表面平整,致密性较好,阻氢性能优异的陶瓷层,陶瓷层的PRF值达到最大值12.1。     

热处理气氛对Sol-Gel法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆膜层的影响

采用溶胶凝胶技术,以正丙醇锆为前驱体,在氢化锆表面制备氧化锆防氢渗透层。研究了当热处理温度为600℃时,不同热处理气氛对溶胶凝胶法制备的氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、物相组成以及阻氢性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、X射线衍射仪(XRD)和涡流测厚仪分别测试了氧化锆膜层的截面形貌、表面形貌、相结构及厚度。利用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,当热处理气氛中有氧存在时,可在氢化锆表面制得连续、致密的氧化锆膜层;而当热处理气氛中无氧存在时,所制备的氧化锆膜层不连续、均匀性差。热处理气氛中有氧时制备的氧化锆膜层的阻氢效果较无氧时要好,膜层厚度为10.1μm,渗透降低因子(PRF)值为8.4。而不同热处理气氛对氧化锆膜层的物相组成没有显著影响,膜层主要由单斜相氧化锆M-ZrO_2和四方相氧化锆TZrO_2组成,并以单斜相氧化锆M-ZrO_2为主。     

pH值对溶胶凝胶法制备ZrH_(1.8)表面氧化膜的影响

采用溶胶凝胶技术,以氧氯化锆/乙醇/水为反应体系在氢化锆表面制备氧化锆膜层作为防氢渗透层,研究了溶胶pH值对氧化锆膜层的物相组成、截面形貌及阻氢性能的影响。利用涡流测厚仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析测试了氧化锆膜层的厚度、截面形貌及相结构。通过真空脱氢实验测试评估膜层的阻氢性能。结果表明,在选取的溶胶pH值为1~9范围内,膜层的厚度在7.6~14.8μm之间变化,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值在9.8~11.5之间变化,膜层厚度和膜层的氢渗透降低因子(PRF)值都随着pH值增大呈现出先增加后减小的变化趋势。当pH为5时,膜层厚度达到最大值14.8μm,膜层的PRF值达到11.5,膜层与基体结合紧密,膜层连续完整、致密均匀。pH值变化对膜层物相组成没有显著影响,膜层由单斜相M-ZrO1.8和四方相T-ZrO1.8组成,其中以单斜相M-ZrO1.8为主。     

氧化气氛对氢化锆表面防氢渗透层的影响

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在O2,CO2,CO2+P气氛中的氧化行为,分析了不同气氛下氢化锆表面形成氧化膜的生长速度、物相组成、表面形貌及其阻氢性能。结果表明,特定温度下氢化锆的氧化增重规律为O2>CO2>CO2+P。各氧化气氛下形成氧化膜的物相组成相同,主要由单斜相M-ZrO2和T-ZrO2组成。氢化锆在CO2+P气氛下形成的氧化膜具有较低的生长速度,氧化膜的阻氢效果较好。     

溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响

以正丙醇锆为前驱体,采用溶胶-凝胶法在ZrH_(1.8)表面制备氧化锆阻氢膜层,研究溶剂种类对溶胶-凝胶法制备氧化锆阻氢膜层的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)对所制氧化锆阻氢膜层的表面形貌、截面形貌以及相结构进行分析;利用划痕仪考察膜层与基体的结合力,采用真空脱氢实验对膜层的阻氢性能进行评估。研究结果表明,正丙醇为溶剂时,可制得均匀连续、致密的氧化锆膜层,且膜层与基体结合较紧密,膜层平均厚度超过10μm,阻氢效果较好,膜层的氢渗透降低因子(PRF)值可达12.5;乙醇为溶剂时,所制膜层由单斜相氧化锆(M-ZrO_2)和四方相氧化锆(T-ZrO_2)组成,而异丙醇、正丙醇、正丁醇为溶剂时,所制氧化锆膜层由单一的四方相氧化锆(T-ZrO_2)构成。     

氢化锆与O_2反应制备氢渗透阻挡层的研究

采用原位氧化的方法,通过氢化锆直接与O2反应在表面生成氧化膜作为氢渗透阻挡层。分析了氧化工艺参数对氧化膜生长速度的影响,并对氧化膜的物相组成、截面形貌和阻氢性能进行了研究。结果表明,温度是影响氧化膜生长速度的主要因素,氢化锆在450℃以下的温度范围内氧化,氧化膜生长速度很小,氧气分压对氧化膜生长速度无明显影响;在450℃以上,氧化膜生长速度随着氧气分压的增大和氧化温度的升高而增大;氧化膜的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线生长规律。氧化膜为双相复合结构,由单斜相M-ZrO2和四方相T-ZrO2组成。氢化锆原位氧化后经650℃真空脱氢50 h后样品失氢量低于0.2%。     

氢化锆原位氧化膜600℃下氢渗透速率及其稳定性研究

氢化锆作为固态慢化剂材料,降低其在使用温度下的氢损失是一个备受关注的问题。在氢化锆表面制备阻氢膜是有效降低氢损失的方法之一,氢渗透速率测量是表征阻氢膜性能的关键。本研究采用原位氧化法在氢化锆表面制备阻氢膜,利用气相色谱在线检测了600℃,lle+CO_2工作气氛下氢渗透速率,分别采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电镜(TEM)等方法对试验前后的样品进行了组成、微观形貌、界面结构等分析。研究结果表明,随测试时间延长氢渗透速率逐渐降低,经7 d氢渗透速率达到8.4×10~(-10) kg·m~(-2)·s~(-1),经63 d氢渗透速率达到2.0×10~(-10)kg·m~(-2)·s~(-1);对三组样品的测试结果进行拟合,得到氢渗透速率(V_a)与测试时间(t)的关系为V_a=5.92×10~(-6)×t~(-0.66),据此估算氢损失1%,3%时的氢化锆预测周期分别为0.26年和6.5年。XRD研究结果表明,测试前后膜层物相组成变化不大,主要由单斜相氧化锆(m-ZrO_2)和少量四方相氧化锆(t-ZrO_2)构成。SEM,TEM,EDS测试结果表明,原位氧化法制备的阻氢渗透膜与基体结合紧密;经长时间测试膜层存在脱落现象,但在CO_2气氛下生成了新鲜的原位氧化膜层,说明该气氛下膜层具备自修复能力。     

K2ZrF6含量对ZrH1.8表面微弧氧化阻氢膜层的影响

采用微弧氧化技术在ZrH_1.8表面制备阻氢膜层,研究在Na₅P₃O₁₀-NaOH-Na₂EDTA电解液体系中K₂ZrF₆含量对膜层组织结构和阻氢性能的影响。借助场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)分析膜层的微观结构和物相组成。采用涂层测厚仪对膜层的厚度进行测量,通过真空脱氢实验表征膜层的阻氢性能。相比未加入K₂ZrF₆时,电解液中添加适量K₂ZrF₆有助于改善膜层的表面质量,减少膜层中微孔和裂纹等缺陷的出现。XRD分析表明,不同K₂ZrF₆浓度时ZrH_1.8表面微弧氧化制备的膜层均主要由m-ZrO₂,t-ZrO₂和少量c-ZrO₂相组成。膜层厚度和氢渗透降低因子(PRF)随K₂ZrF₆浓度的增加均呈先增大后减小趋势,当K₂ZrF₆为4g·L^-1时,膜层的厚度最大为68.7μm,PRF最大为13.1,且膜层中大尺寸缺陷较少,添加K₂ZrF₆制备的陶瓷膜的阻氢性能均得到提高。K₂ZrF₆添加剂的加入可以使ZrH_1.8表面微弧氧化膜层的厚度增大,致密性增强,进而阻氢性能提高,膜层表面质量也得到改善。     

钛合金表面微弧氧化制备二氧化钛陶瓷膜的研究

采用微弧氧化法在钛合金表面制备二氧化钛膜层(即生物医学用陶瓷膜),利用SEM、XRD和EDX对膜层的物相结构、形貌和元素组成进行了分析。研究了电解液pH值和微弧氧化电压对微弧氧化过程的影响。结果表明:随着电解液pH值和微弧氧化电压的升高,膜层表面孔洞数量增加,孔径增大,膜层更加均匀;膜层主要由锐钛矿型和金红石型二氧化钛组成,且金红石相含量随微弧氧化电压的升高而增加;微弧氧化电流密度随氧化时间的延长先增大后减小,随电解液pH值的增大而增大。当电解液pH值为11、微弧氧化电压为500V时,可制得多孔状陶瓷膜,且其孔洞分布均匀。     

氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为

通过恒温氧化实验研究了氢化锆在350～600℃纯氧中的氧化行为,分析了温度和时间对氧化层质量增重的影响规律,并借助Ⅺm,SEM等分析测试手段对氧化层的物相组成和截面形貌进行分析.结果表明,氢化锆的质量增重随着氧化温度的升高而增大,450℃以下,氧化反应速度很慢;500'～600℃温度范围内,氢化锆的质量增重与氧化时间的关系曲线符合抛物线规律.氧化层由内到外分为致密层和疏松层,氧化层主要由单斜相M-zeO2组成.     

正脉冲电压对Mg-4Gd-3Y-0.5Zr合金微弧氧化膜组织形貌与耐蚀性能的影响

采用SEM、覆层测厚仪、电化学工作站等研究了正脉冲电压对Mg-4Gd-3Y-0.5Zr稀土镁合金双脉冲微弧氧化膜的组织形貌及耐蚀性能的影响。结果表明：随正脉冲电压的升高,膜层厚度增加,膜层表面微孔数量减少、孔径增大,烧结强度增加,裂纹增大;耐蚀性能先增强后降低,均显著优于合金基体;最佳正脉冲电压为450 V,腐蚀电位与腐蚀电流分别为-1.495 V、10-8.62 A/cm2。     

磁控溅射法制备氧化铝/氧化锆双层复合涂层的氢渗透性能研究

采用射频反应磁控溅射法在316L不锈钢基底上沉积了Al2O3/ZrO2双层复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微划痕法分析了涂层的微观形貌、物相组成和膜基结合力,采用气相氢渗透装置对涂层的氢渗透行为进行了表征。结果表明,Al2O3/ZrO2涂层具有非晶氧化铝、氧化锆单斜相和四方相,涂层结构致密,呈柱状生长方式,厚度为320 nm。显微划痕结果表明,Al2O3/ZrO2涂层的膜基结合力为8.5 N,较氧化铝涂层有明显提高,氧化铝涂层的膜基结合力为4.5 N。此外,Al2O3/ZrO2涂层具有优异的阻氢渗透性能,其氢渗透阻挡因子在550~700℃温度范围内为206~950。Al2O3/ZrO2涂层的氢渗透激活能为132 k J·mol-1,高于单层氧化铝和氧化锆涂层的激活能,双层复合涂层的阻氢性能较单层涂层有明显提高。     

含Ce(SO_4)_2电解液中Na_5P_3O_(10)对ZAlSi12合金微弧氧化陶瓷层的改性研究

在Na2SiO3电解液体系中,添加Ce(SO4)2及Na5P3O10,在ZAlSi12合金表面制得微弧氧化陶瓷层。研究了Ce(SO4)2及Na5P3O10加入对所获陶瓷层的厚度、表面形貌、相组成的影响。结果表明,电解液中Na5P3O10加入量为0.5g/L时,氧化层厚度达到140μm,表面有较多裂纹。XRD分析表明,微弧氧化膜主要由A12O3相组成;EDS分析膜层组成元素分别是O、Na、Al、Si;加入Na5P3O10后,Ce含量提高。     

硅酸钠在镁合金表面生成微弧氧化膜时的作用

分别在不添加和添加硅酸钠的电解液中采用微弧氧化(MAO)技术在AZ91D镁合金表面上制备膜层,研究微弧氧化过程中,电解液中的硅酸钠在镁合金表面形成微弧氧化膜层时的作用,分析电解液中硅酸钠的有无对微弧氧化膜层的影响。膜层的微观结构及物相组成分别通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行分析,膜层的耐蚀性通过电化学工作站来表征。结果表明:镁合金微弧氧化过程中,电解液中硅酸钠的加入,将会促使在基材表面生成具有平面连续性的完整的微弧氧化膜层,同时改善膜层的致密性,并获得优质新物相Mg_2SiO_4。随着电解液中硅酸钠的加入,溶液的电导率增大,基材表面的起弧电压降低,击穿变得容易发生。SiO_3~(2-)离子与电解液中的其他阴离子协同作用,使得阳极表面微观电位强弱区的对比态势加剧,从而促使放电火花的燃、熄两种状态在基材表面此起彼伏、交替进行,并由此加速了放电火花在基材表面的辗转游移,继而避免了局部热量累积有可能造成的宏观小凹坑的出现,以及微观裂纹的产生。电解液中加入硅酸钠后,所得膜层的腐蚀电流密度减小了1个数量级,线性极化电阻增大了约16倍,膜层的耐蚀性明显得到提高。     

醋酸处理对微弧氧化TiO2膜光催化大红染料的影响

以磷酸钠为电解液,采用微弧氧化技术在钛网上直接制备TiO2膜,利用醋酸浸渍方法对该膜表面进行修饰处理,利用XRD、SEM、EDX对微弧氧化膜表面形貌和成分进行分析.结果表明：在300～320 V电压下微弧氧化TiO2膜主要由钛和锐钛矿TiO2组成,在电解时TiO2膜表面有钠离子的沉积,形成光生电子-空穴复合中心,微弧氧化TiO2膜的光催化性能较差;醋酸浸渍可以减少微弧氧化TiO2膜表面钠的含量,改善膜的光催化性能,大红染料废水的光催化降解率由15%提高到33.6%.     

β钛合金微弧氧化膜制备及其在人体模拟液中腐蚀性能研究

采用微弧氧化技术在TiNbZrFe合金表面制备出含钙磷成分的多孔氧化膜,通过人体模拟液浸泡的方法诱导生成羟基磷灰石,并利用电化学阻抗谱(EIS)研究其在人体模拟液中浸泡不同时间后的耐腐蚀性能.结果表明,经400 V电压微弧氧化后TiNbZrFe合金表面氧化膜的形貌与成分达到最优化,且明显有α-Ca3(PO4)2相生成;α-Ca3(PO4)2相能够起到良好的诱导生成羟基磷灰石(HA)的作用,在人体模拟液中浸泡1 d后,通过XRD检测出有HA相生成,导致微弧氧化膜层表面的微孔被诱导生成物覆盖填充明显,较小微孔完全消失;随着浸泡时间的延长,经过微弧氧化膜诱导生成的HA涂层不断增厚,EIS结果表明其具有良好的隔绝渗透作用,能够阻碍腐蚀性介质在溶液和金属界面之间扩散和迁移,从而起到保护基体抗腐蚀的作用.     

石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

在硅酸钠+磷酸钠体系溶液中添加不同含量的石墨粉,以其为氧化液对TC4钛合金进行表面微弧氧化。通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,研究了石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜表面形貌、元素分布、相组成及摩擦系数的影响。结果表明,石墨含量的增加对TC4钛合金表面微弧氧化膜的形貌无太大影响,氧化膜层呈多孔结构,膜层表面有块状石墨颗粒分布;膜层中的Ti、P、O元素含量相对稳定,Si、C元素含量略有波动;膜层主要由TiO_2和Ti组成,石墨对膜层中TiO_2的形成有一定的阻碍作用;微弧氧化膜中的石墨颗粒能够起到一定的减摩作用,随着石墨含量的增加氧化膜的平均摩擦系数从0.85降至0.54。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

微弧氧化法直接合成CaTi4(PO4)6生物陶瓷膜

采用微弧氧化技术, 在钛基体表面生长出一层致密的、结合良好的金属磷酸盐生物陶瓷膜, 考察了微弧氧化时间与电流对生成陶瓷膜的影响. 并借助XRD、 SEM等测试手段, 研究了该生物陶瓷膜的物相组成和表面形貌特征. 研究结果表明该金属磷酸盐生物陶瓷膜主要物相是CaTi4(PO4)6(CTP). 本技术与粉末等离子喷涂技术相比, 具有流程短、能耗小、易于实现的优点.