阳极氧化Ti-6Al-4V合金表面TiO_2多孔膜的制备及研究

在一定浓度的H_2SO_4溶液中对Ti-6Al-4V合金表面进行阳极氧化处理,通过改变阳极氧化处理的电压、氧化时间和电解液浓度,研究了预处理工艺参数对钛合金表面形貌、物相、润湿性及粗糙度的影响.试验结果表明:钛合金经过阳极氧化处理后,表面出现了二氧化钛(TiO_2)纳米多孔结构,多孔氧化膜由锐钛矿型和金红石型TiO_2组成;在0.5mol·L~(-1)H_2SO_4溶液中,随着阳极氧化电压的增加,多孔膜的孔径逐渐增大,基体表面与模拟体液(SBF)的接触角明显降低,经120V氧化处理的试样表面接触角由预处理前的52.8°降至16.9°左右,具有良好的润湿性;并且试样表面的粗糙度明显增加,在电压为120V时粗糙度达到0.56μm.在电压120 V时,随着阳极氧化时间或电解液浓度的增加,TiO_2多孔膜的含量和孔径尺寸逐渐增大,试样表面的润湿性和粗糙度也不断增加,在氧化时间10 min或电解液浓度0.5 mol·L~(-1)时达到最大,氧化时间大于10 min或电解液浓度高于0.5 mol·L~(-1)时,试样表面出现裂纹,多孔结构被破坏.     

电化学沉积锰修饰TiO_2纳米管阵列的正交试验研究

用阳极氧化法在钛片表面制备空白TiO_2纳米管阵列,用电化学阴极还原法在其表面沉积锰,通过正交试验考察沉积条件对锰修饰TiO_2纳米管阵列光电响应的影响。结果表明,锰的表面修饰可以增强TiO_2纳米管阵列对可见光的响应,在0.5 V(vs.SCE)的偏电压下,光电流显著增大。沉积时间和沉积电压是影响锰沉积的主要因素,锰沉积的最佳条件为:沉积时间30 s、电压-2 V、锰离子浓度10 mmol/L。     

气相爆轰合成纳米TiO_2粉末的实验研究

以H_2/Air预混气体为爆炸源,在自制爆炸反应管中通过气相爆轰制备纳米TiO_2粉末。探讨了不同初始条件(初始温度25~200℃;H_2/Air混合比0.2~0.8)下管内爆轰压力的变化规律,同时借助XRD和TEM对不同初始温度下爆轰合成及高温煅烧的纳米TiO_2粉末的晶粒尺寸、晶相成分、形貌特征等进行表征。结果表明:以化学当量比预混的H_2/Air为爆炸源时,管末端的爆压最大;随着H_2含量的增加,管末端的爆压最终提高了39.03%,且增长速率先增后减;初始温度的上升使管末端的爆压最终降低了36.86%。气相爆轰合成的纳米TiO_2粉末(锐钛矿和金红石混晶),其晶粒尺寸随初始温度的升高先增后减,且其锐钛矿相含量逐渐减少;爆轰产物在高温煅烧过程中,锐钛矿相向金红石相转变的相变温度在700~900℃左右,且产物晶粒尺寸随煅烧温度的上升而逐渐增加。     

机械化学法制备N掺杂纳米TiO2可见光光催化剂及其性能研究

以锐钛矿型TiO2为原料, HMT(六亚甲基四胺)为掺杂N源, 采用机械化学法经过600 r·min-1×2 h高能球磨, 后续以焙烧处理, 合成了N掺杂纳米TiO2粉末. 所制备的粉末为锐钛矿、金红石和板钛矿的混合相, 对波长大于400 nm的可见光具有良好的吸收性能, 其吸收边红移至530 nm;在λ＞400 nm的可见光照射下, HMT加入量为10%的样品对甲基蓝的降解率比原料粉末提高了2.7倍.     

钛箔表面二氧化钛纳米管的可控制备研究

采用电化学阳极氧化法在金属钛箔表面制得了二氧化钛纳米管,通过调整阳极氧化电压和时间,控制纳米管的管径及管壁尺寸,采用扫描电镜(SEM)观察了不同制备条件下得到TiO2纳米管阵列的微观形貌,考察了氧化电压及时间对纳米管TiO2纳米管阵列形貌的影响;利用热处理工艺调整二氧化钛纳米管的晶型,通过X射线衍射仪(XRD)对样品晶型进行了表征.结果 表明,以0.5％氟化铵的乙二醇水溶液作为电解液,在40 V电压下氧化30 min,得到的TiO2纳米管整齐有序;经过450℃热处理2h,TiO2纳米管晶型由无定型态转变为锐钛矿型TiO2,纳米管出现小部分坍塌.     

金红石型纳米二氧化钛合成及晶貌控制

采用溶胶-凝胶法制备了一系列锐钛矿型、金红石型和混晶纳米Ti O2,通过改变反应条件获得了具有不同形貌的金红石型样品。借助DTA-TG技术确定所得锐钛矿型向金红石型发生晶型转变的温度,在低于晶型转变的温度下焙烧系列纳米Ti O2样品,对样品用XRD、TEM、IR等技术进行了表征。研究表明,缓凝剂的加入不利于金红石型Ti O2的形成,钛原料浓度增大使样品中金红石型的含量增大,反应初期氨水的加入可加快体系中锐钛矿型Ti O2的生成,反应时间和陈化时间的延长有利于锐钛矿向金红石型的转变。     

复合氧化法制备多孔二氧化钛梯度薄膜

为了阻止金属离子向体液中游离和改善纯钛植入体的生物相容性，采用复合氧化法，即将预阳极氧化及微弧氧化相结合的方法，对纯钛试件进行表面改性。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和SEM附带的能谱仪(EDS)对薄膜的相组成和形貌进行了分析和观测；用MH-3型显微硬度测试计和WS-97型划痕仪对薄膜的硬度和结合强度进行了测试。结果表明：复合氧化法可以制备出表面多孔、内层致密的二氧化钛梯度薄膜，致密的锐钛矿型二氧化钛薄膜的厚度约为0．7μm，多孔的锐钛矿和金红石混合型薄膜的厚度约为1．7μm。薄膜的表面硬度为370．0HV0.2，与基体的结合强度为52．7N。用复合氧化法制备的多孔二氧化钛梯度薄膜可有效地阻止金属离子的溶出，促进细胞的黏附和生长，临床应用前景广阔。     

TiO2纳米管的制备及光电催化分解海水制氢

采用阳极氧化法在钛板表面制备了垂直导向的TiO2纳米管阵列。研究了无机无氟(HCl+H2O2)、无机含氟(HF)和有机乙二醇(EG)三种体系对TiO2纳米管薄膜制备的影响。利用SEM对其形貌进行了表征,通过电化学考察了其光电响应性能。考察了制备的TiO2纳米管薄膜光电催化分解海水制氢性能。结果表明:在EG体系中制备的TiO2纳米管阵列规则有序,有利于光生电子的传输,减小了电子一空穴对的复合,光电催化制氢活性最高。     

Ru负载TiO_2纳米管阵列的制备及其光电催化性能

结合阳极氧化法和脉冲沉积法合成了管径约40～70 nm、管壁厚约10 nm、管长约1μm、管壁上附着Ru纳米颗粒的TiO_2纳米管光催化剂(Ru/TiO_2),实现了金属Ru纳米颗粒在TiO_2纳米管表面的均匀负载。研究了RuCl_3浓度和煅烧温度对TiO_2纳米管的微观结构、光吸收特性及光催化活性的影响。结果表明:Ru的负载使Ru/TiO_2纳米管的光学带隙值有所减小,光响应阈值发生红移;锐钛矿相TiO_2与少量金红石相TiO_2可形成异质结,纳米Ru可俘获光生电子,两者都可促进光生电子-空穴对的分离,从而提升降解效率;另外,外加偏压也可促进光生电子-空穴对的分离,从而进一步提升降解效率。当脉冲沉积液中RuCl_3浓度为0. 05 mol·L~(-1),经600℃煅烧后的Ru/TiO_2纳米管阵列的光催化活性最好,对甲基橙降解1 h,紫外光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的38. 6%和48. 5%提升至52. 0%和70. 5%,可见光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的7. 1%和17. 2%提升至36. 3%和75. 2%。     

双通TiO2纳米管阵列光催化膜的研制

采用阳极氧化法,在钛箔上制备TiO2纳米管阵列,并利用HF气体去处其阻挡层,并作了SEM,Uv-Vis表征,表明获得了具有光催化性能的双通TiO2纳米管阵列.以双通TiO2纳米管阵列为光催化剂,在紫外光照射下进行甲基橙的降解实验,2 h内甲基橙降解率可以达到86%(A=484 nm),发现其光催化降解甲基橙的效果明显较好.     

Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面纳米氧化管的构建及生长机理分析

在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面构建结构致密的纳米氧化管,同时探究纳米氧化管的生长机理。采用阳极氧化法,在含有1 mol/L H_3PO_4溶液和0.9%NaF的混合溶液中,在25 V的直流电压下,氧化处理120 min,在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面原位生成纳米氧化管;使用XRD对纳米氧化管的物相进行分析,进而得到纳米氧化管的成分;使用SEM对纳米氧化管的结构、形貌进行分析;采用HRTEM和EDS等对合金表面的纳米氧化管进行观测进而得出纳米氧化管的生长机理。研究表明:在Ti-10Mo-28Nb-3Zr-6Ta合金表面构建的纳米氧化管孔径为50～70 nm,管壁厚度约为15 nm,氧化管长度为100 nm,纳米管由非晶态的钛氧化物及锐钛矿型二氧化钛纳米晶组成。合金表面纳米氧化管的生长机理为:阳极氧化过程开始时,首先会在合金表面生成一层非晶态的钛的氧化层,而后在氧化电压和电解液作用下,在非晶态钛氧化层之上生成非晶态的纳米管。高温处理后,部分非晶态结构纳米管转化为锐钛矿型二氧化钛纳米晶粒。     

轧制方向对粉末轧制多孔钛板力学性能的影响

以氢化脱氢钛粉为原料,采用粉末轧制和真空烧结工艺制备出两种不同厚度的多孔钛板。利用孔径及孔径分布分析、扫描电镜观察、拉伸实验、三点弯曲实验、剪切强度测试等手段,对垂直于轧制方向和平行于轧制方向的板材力学性能进行了研究,并从孔径分布和烧结颈发育方面对其进行了解释。结果表明,1.96 mm厚的多孔钛板比1.32 mm厚多孔钛板的最大孔径小,且其孔径分布相对均匀;对于厚度相同的粉末轧制多孔钛板,垂直于轧制方向的板材平均抗拉强度比平行于轧制方向的增大25%、弯曲强度增大45%;随着轧制多孔钛板厚度的增加,其抗拉强度、弯曲强度、剪切强度等均显著增大,粉末轧制多孔钛板力学性能的方向差异与轧制致密板材的方向差异完全相反。     

钛——预计今后十年每年增长3%

钛在地壳中的含量约为0.62%,主要以锐钛矿,板钛矿、钛铁矿、白钛矿、钙钛矿、金红石和榍石等矿物形式存在。虽然钛作为一种合金的应用已众所周知,但它主要是以二氧化钛(TiO_2)的形式,主要用作油漆、纸张和塑料的白色颜料。其它非主要应用有陶瓷,化学试剂、     

湖南大学研发纳米二氧化钛改性氟碳涂料

湖南大学余刚、胡波年和杨景花等人日前研究成功一种纳米二氧化钛改性氟碳涂料及其制备工艺与应用，该涂料是将锐钛矿型纳米TiO2和金红石型纳米TiO2混合物添加到现有氟碳涂料中，添加比例为：锐钛矿型纳米TiO2和金红石型纳米TiO2混合物，氟碳涂料的质量比为1～4：100；所述锐钛矿型纳米TiO2和金红石型纳米TiO2混合物中，锐钛矿型纳米TiO2和金红石型纳米TiO2二者质量配比为4：1。本发明还包括所述改性氟碳涂料的制备工艺及用于涂敷铝合金板材的前处理工艺。使用本发明之氟碳涂料涂装后的铝合金型材和板材具有良好的白清洁性能，耐沾污和耐洗刷性能，良好的耐候性、耐化学腐蚀性，防水防潮，质量轻、防震、隔声、隔热、色泽均匀、不开裂、不变形、不剥落、不褪色等特点。     

光沉积法制备Cu_(0.91)In_(0.09)S修饰的TiO_2纳米管阵列及其光电性能研究

采用阳极氧化法和原位光沉积法制备了Cu_(0.91)In_(0.09)S(CIS)微球修饰的TiO_2纳米管阵列(TiO_2NTs/CIS)。通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对TiO_2NTs/CIS的形貌进行了表征。同时测试了TiO_2NTs/CIS的光电性能及其光催化降解甲基橙(MO)的性能。结果表明平均粒径为600 nm的Cu_(0.91)In_(0.09)S微球均匀分布在TiO_2NTs表面上。在可见光照射下,与未修饰的TiO_2NTs相比,TiO_2NTs/CIS具有更高的光电性能和光催化性能。     

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。     

钙盐浓度对复合氧化法制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响

为了分析微弧氧化电解液中钙盐浓度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响，利用X射线衍射、扫描电镜及附带的能谱对涂层的表面相结构、形貌及元素组成进行了观测与分析，利用图像分析软件对涂层表面孔隙率进行测试。结果表明：复合氧化法制备的多孔二氧化钛涂层表面均含有单质钛、锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛：钙盐浓度的变化对涂层表面结构有一定影响，随着钙盐浓度的增加，涂层中锐钛矿型二氧化钛相对含量减少，金红石型二氧化钛相对含量增加；涂层表面的钙、磷元素含量降低，钙磷原子比增加：在所选钙盐浓度下，表面孔隙率的变化不十分显著。     

攀枝花钛渣流态化氧化改性试验研究

通过差热—热重试验及流态化理论计算确定了流态化氧化参数,完成了不同温度焙烧试验研究,并对流态化氧化改性后钛渣进行了Raman、XRD、SEM分析。研究表明,攀枝花钛渣粒度分布较均匀,适合采用流态化技术进行焙烧处理;流态化焙烧过程中,攀枝花钛渣主要含钛物相依次发生低价钛氧化物—锐钛型TiO_2—金红石转变;铁黑钛石相转化成金红石和板钛矿相。随着温度升高,氧化速度加快。在强氧化过程中,黑钛石固溶体产生了大量的细小孔洞和微裂纹,在850～1 100℃,氧化温度越高,形成的表面微裂纹及内部小孔洞越多,黑钛石固溶体晶格的破坏程度就越大。     

酸溶性钛渣改性试验研究

酸溶性钛渣中钙、镁的含量较高,不适合直接作为氯化法制备钛白粉的原料。本文研究了加入改性刑后,酸溶性钛渣物相结构的变化。酸溶性钛渣经改性后,主要物相由原来的板钛镁矿相(MgT_2O_5)变为金红石相(TiO_2)。     

还原—锈蚀法制取人造金红石

介绍了用还原—锈蚀法处理含 TiO_2 50%左右的钛铁矿制取人造金红石的主要技术条件及试验室试验结果。结果表明:所产酸洗富钛料 TiO_2含量可达96～97%,经氧化焙烧后得到含 TiO_2>90%的人造金红石。TiO_2回收率达85·24%。