AZ31镁合金微弧氧化陶瓷层表面Mg(OH)2膜层的制备及耐蚀性

采用不同浓度的NaOH溶液对AZ31镁合金微弧氧化(Micro-arc oxidation, MAO)陶瓷层进行水热处理, 研究了水热溶液浓度对MAO陶瓷层组织结构及耐蚀性能的影响, 探讨了水热成膜及膜层的腐蚀机理。研究结果表明：水热处理过程中MAO陶瓷层表面的MgO部分溶解, 释放出的Mg ²⁺与水热溶液中的OH ^-结合形成Mg(OH)₂纳米片沉淀在陶瓷层表面及孔洞内。随着水热溶液中NaOH浓度的增加, 水热处理过程中形成的Mg(OH)₂将MAO陶瓷层表面的孔洞及裂纹等固有缺陷闭合, 提高了膜层的致密性。电化学实验结果表明, MAO及水热复合处理所制备的Mg(OH)₂/MAO复合膜层比单一MAO陶瓷层具有更好的耐蚀性, 而且随着NaOH浓度的提高, Mg(OH)₂/MAO复合膜层的耐蚀性增强; 浸泡实验结果表明Mg(OH)₂/MAO复合膜层能为镁合金基体提供长久的腐蚀防护保护能力。     

水热处理对AZ31镁合金微弧氧化陶瓷层组织结构及耐蚀性的影响

采用两种不同成分的溶液对AZ31镁合金微弧氧化(MAO)陶瓷层进行125℃+18 h的水热处理,研究了水热溶液成分对微弧氧化陶瓷层组织结构及耐蚀性能的影响,探讨了水热成膜及膜层腐蚀机理。研究结果表明：水热处理过程中微弧氧化陶瓷层表面的MgO部分溶解,释放出的Mg²⁺与碱性水热溶液中的OH^-结合形成Mg(OH)₂纳米片沉淀在陶瓷层表面及孔洞内;而在含有Al³⁺和Co²⁺的溶液处理过程中,溶液中的Al³⁺和Co²⁺取代沉淀在MgO表面及孔洞内的Mg(OH)₂中部分Mg²⁺的位置形成双金属氢氧化物(LDH)纳米片,将微弧氧化陶瓷层表面的孔洞及裂纹缺陷闭合。润湿性与电化学测试结果表明,亲水性的Mg(OH)₂/MAO复合膜层因Mg(OH)₂对MAO陶瓷层的封孔效应能在一定程度上提高MAO陶瓷层的耐蚀性,而疏水性的LDH/MAO复合膜层因封孔效应和LDH离子交换能力能显著提高MAO陶瓷层的耐蚀性。     

钛合金表面梯度Al2O3陶瓷涂层的高温抗氧化性能

钛合金应用广泛,但在高温环境中极易被氧化,降低其力学性能及寿命。利用溶胶-凝胶法在TC11钛合金上制备梯度层(ZrO_2+Al_2O_3)+表层(Al_2O_3)的复合梯度涂层,提高其高温抗氧化能力。将复合梯度涂层、单层氧化铝涂层以及基体在700℃进行100h的高温氧化,利用氧化增重数据拟合得到梯度涂层的氧化速率为0.015mg~2/(cm4·h),氧化指数为2.137,并结合氧化后EDS成分分布,发现复合梯度涂层可以提高基体的高温抗氧化性能。同时利用700℃热震实验比较了复合梯度氧化铝涂层试样和单层氧化铝陶瓷试样的热震次数,梯度层(ZrO2+Al_2O_3)的存在缓解了基体与氧化铝陶瓷涂层之间热膨胀系数不匹配而导致的易剥落的问题,延长了涂层寿命,进一步提高了基体的高温抗氧化能力。     

电解液和电参数对钛合金微弧氧化的影响

结合实验研究,系统介绍了钛合金微弧氧化过程中电解液、电参数的选择,以及其对微弧氧化陶瓷层的结构和性能的影响,并指出利用微弧氧化技术可以在TC4合金表面制备出结构陶瓷层和功能陶瓷层,在航空航天等领域有广阔的应用前景.     

MAO层厚度对MAO/DLC复合膜层力学性能与摩擦学特性的影响

借助直流脉冲微弧氧化(MAO)电源,采用恒压模式在AZ80镁合金表面制备四种不同厚度MgO陶瓷层,并以此为基,采用离子束复合磁控溅射技术沉积类金刚石碳(DLC)膜,对比研究了四种膜层体系(MAO-1min/DLC、MAO-3min/DLC、MAO-5min/DLC及MAO-10min/DLC)的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随MAO层厚度增加,复合膜层表面微孔的孔径增大,表面粗糙度增加,且表层DLC膜具有颗粒特征,表现为MAO-3min/DLC及MAO-10min/DLC复合膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,且在磨损过程中对应的摩擦系数与磨痕宽度较小,其抗磨损性能优异;各复合膜层体系在磨损过程中摩擦系数均有波动,产生高温氧化,磨痕表面形成了Fe的转移层;MAO层可提高基体对DLC膜的支撑强度,表层DLC膜对磨损界面具有的润滑作用是复合膜层改善镁基体抗磨损性能之原因所在。     

高温氧化对钛合金微弧氧化陶瓷膜组成与结构的影响

针对钛合金不耐高温氧化的问题,在铝酸钠电解液体系中,利用双相脉冲直流微弧氧化技术,在TC4钛合金表面原位生长以Al2TiO5为主晶相的复合氧化物陶瓷膜,研究了1000℃高温氧化对陶瓷膜试样的相组成、结构的影响及膜层增重特点.研究表明,陶瓷膜层试样的高温氧化过程包括Al2TiO5分解、基体氧化和膜层表面形貌变化3个方面.高温氧化后,膜层的主晶相由Al2TiO5变为α-Al2O3和金红石型TiO2,同时,膜层的表面形貌发生显著的变化;由于膜层和基体的热膨胀系数不同和基体钛的氧化,使得高温氧化后膜层在冷却过程中表面出现裂纹和脱壳.陶瓷膜层极大地减少了TC4钛合金在1000℃高温氧化时的增重,因此,陶瓷膜层可用于TC4钛合金的恒温氧化防护.     

Ti-60钛合金电弧离子镀Ti-Al-(Cr)防护涂层的循环氧化行为

研究了Ti-60钛合金及Ti-48Al和Ti-48Al-12Cr(原子数分数,%)两种涂层在800℃的循环氧化行为.实验发现Ti-60钛合金基体在800℃氧化严重,氧化层发生了明显剥落.而两种涂层在800℃均能有效地保护Ti-60钛合金基体.在循环氧化过程中Ti-48Al-12Cr涂层增重明显小于Ti-48Al涂层,表现出更好的抗循环氧化能力.     

电流密度对铝合金微弧氧化膜的生长及结合力的影响

为了进一步探讨微弧氧化主要参数电流密度对铝合金微弧氧化膜的影响机理,先用微弧氧化技术在LY12硬铝合金上获得陶瓷层,然后考察电流密度对陶瓷膜厚度及其与基体结合强度的影响,再利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)分析了氧化膜的形貌和组织结构,通过划痕试验和冲击试验研究了氧化膜与基体的结合力.结果表明,随着电流密度的增大,陶瓷氧化膜及其致密层的增长速度均加快,但有一个极限值,氧化膜的临界载荷降低,致密层所占比例也逐渐降低.XPS谱图证明,微弧氧化膜表面疏松层主要由γ-Al2O3,α-Al2O3和Al-Si-O相组成,致密层由α-Al2O3和γ-Al2O3组成.铝合金表面生成氧化膜后,随着膜厚度的增加,冲击韧性逐渐减低,基体断裂后,氧化膜没有发生剥落,表面出现大量微裂纹.     

激光重熔改性铝合金微弧氧化膜层的组织与性能

为了改善微弧氧化(MAO)膜层多孔疏松的组织和性能, 对其进行了激光重熔处理, 并制备了两种实验膜层: (1)选择双向电流脉冲和Na₂SiO₃-KOH体系的工作液, 在6082铝合金基体上制备平均厚度为18 μm的MAO膜层; (2)采用Nd:YAG激光器对上述MAO膜层进行激光重熔(LSM)处理, 获得MAO+LSM膜层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、超显微硬度计和电化学分析仪分别检测上述两种膜层的微观形貌、相组成、表面硬度和耐蚀性能。结果表明: 激光重熔后的膜层由内往外分为致密层、中间层和重熔层, 组织致密、气孔率低的重熔层取代了MAO疏松层, MAO+LSM膜层中α-Al2O3相的比例得到提高, 硬度和耐蚀性能也进一步得到改善, 且保持了MAO膜层与基体的结合方式。     

封闭对铝合金微弧氧化膜在酸性溶液中耐蚀性的影响

为了提高7A85铝合金的耐蚀性, 采用单极性正脉冲微弧氧化(MAO)技术在其表面制备了陶瓷膜层, 并采用稀土铈盐、铬酸盐和SiO₂溶胶对MAO膜进行封闭处理。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪和电化学工作站研究了封闭处理对膜层表面形貌、结构和在酸性NaCl溶液中腐蚀行为的影响。实验发现, MAO膜在酸性NaCl溶液中不能有效地保护铝合金基体。稀土铈盐和铬酸盐封闭处理通过沉积水合氢氧化物封闭孔隙, 可以提高MAO膜的耐蚀性。但在酸性溶液中, 封孔物质会和H⁺发生反应而溶解, 故经封闭的MAO试样也会发生腐蚀失效。SiO₂溶胶封闭处理后MAO膜表面覆盖一层凝胶, 使膜层成为完整的致密层, 可以保护铝合金基体在酸性NaCl溶液中免受腐蚀。     

铝合金微弧氧化技术的研究进展

微弧氧化技术是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术,所生成的陶瓷膜与基体的结合力好,具有优良的力学性能.综述了铝合金微弧氧化技术的基本原理以及沉积工艺和基材成分对成膜机理的影响、配方和供电方式对微弧氧化工艺的影响、微弧氧化膜力学和耐蚀性能,并展望了该技术的发展方向.     

通过微弧氧化和水热处理在钛上沉积羟基磷灰石

在含有0.04mol/L β-甘油磷酸钠(β-GP)和0.10mol/L醋酸钙(CA)电解液中对Ti进行微弧氧化.结果发现:微弧氧化方法适合于Ti在甘油磷酸钠和醋酸钙电解液中形成富含有Ca和P的氧化膜.氧化膜粗糙多孔,电流密度和最后电压分别为200A/m2和430 V形成的氧化膜主要由锐钛矿型TiO2,金红石型TiO2和非晶相组成.低温下进行水热处理,羟基磷灰石晶体在氧化膜的表面沉积.用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱对氧化膜进行了研究.     

我国铝/镁合金微弧氧化技术的研究及应用现状

微弧氧化技术是一种直接在Al,Mg,Ti等有色金属表面原位生长陶瓷膜的表面处理新技术.处理过程简单,工艺环保,处理后膜层性能优越,多年来对其研究十分活跃.为此,总结了近年来国内对铝合金、镁合金微弧氧化研究取得的成果,分析了当前国内微弧氧化技术研究的水平和现状,在此基础上对微弧氧化技术的总体发展趋势和应用前景进行了展望.     

Fatigue behavior of modified surface of Ti–6Al–7Nb and CP-Ti by micro-arc oxidation

The influence of micro-arc oxidation (MAO) process on the fatigue properties of Ti–6Al–7Nb and commercially pure Ti (CP-Ti) was investigated. Polished and anodized specimens of both materials were tested in axial fatigue to obtain S–N curves and the oxide layer was characterized to support the comparison among the fatigue properties resulting from the different surface conditions. The MAO procedure led to the formation of highly porous oxides, with a uniform distribution of pores; oxide films consisted of anatase TiO₂ and were free of Al or any other alloying elements. These morphology, structure and composition are desirable on the surface coating for favoring the implantation by increasing the bonding characteristics between the implant and the bone. Fatigue behavior was not modified by the MAO process in both Ti–6Al–7Nb and CP-Ti when compared to the samples without surface modification. The nano-thickness and double-layer structure of the oxide formed on the MAO process, with an inner compact structure free of defects, as well as the surface compressive residual stresses typically produced by the anatase phase, ascribe the unaffected fatigue performance, rendering the materials in this condition suitable characteristics in designing orthopedic implants.     

Structure and Characteristics of Oxide Films Containing Ca and P on Ti Substrate

The ceramic coating was formed by using microarc oxidation (MAO) in the electrolytic solution of β-Glycerophosphate sodium salt pentahydrate (β-GP) and calcium acetate (CA). The microstructure, phase structure and phase composition were investigated with scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscope (AFM), energy dispersive X-ray microanalyser (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), electron probe micro analyzer (EPMA) and X-ray diffraction (XRD). Investigation of the chemical composition of the coating with EDX revealed that Ca and P of high concentration existed in oxide films. XRD patterns indicated that the oxide film was composed of only anatase at low voltage discharge, and that rutile peaks appear in addition to anatase peak with increasing MAO voltage. Despite the existence of Ca and P, compounds concerning Ca and P were not detected in the oxide film.     

Structural and chemical characteristics of (Ti,Al)N films prepared by ion mixing and vapor deposition

The characterization of titanium aluminum nitride (Ti,Al)N films prepared by ion mixing and vapor deposition (IVD) technique has been performed using several analytical techniques. In this study, the phase diagram of the films with various evaporation ratios Al/Ti was summarized successfully. The phase transition from single-phase NaCl to double-phase (NaCl+wurtzite) structure occurs with an increase of Al/Ti and/or with a decrease of substrate temperature. The (Ti,Al)N films with two-phase structure have a high performance in hardness. They are also highly resistant to oxidation. Consequently, the results suggest that the Al oxide layers formed on the top of (Ti,Al)N films during elevated temperature oxidation tests protect the films from further oxidation.     

TC4钛合金表面交流微弧氧化膜研究

在铝酸盐溶液中，采用交流微弧氧化方法在TC4钛合金表面制备出氧化物陶瓷膜，使用显微力学探针测定了膜的硬度和弹性模量分布，并探讨微弧放电对氧化膜和钛合金基体组织，性能的影响。结果表明，钛合金表面经微弧氧化处理后，膜／金属界面附近钛合金基体显微组织保持不变，基体上也不存在硬化区，另外，来自溶液氧原子没有扩散进入未氧化的钛合金基体。氧化膜的显微硬度和弹性模量分布有相似的变化规律，从膜表层膜内部，硬度和弹性模量逐渐增加。靠近钛／膜界面附近时达到最大值，分别为13和230GPa，膜不同深度处TiO2金红石和TiAl2O5尖晶石相的相对含量变化决定了硬度和弹性模量分布。     

柠檬酸和EDTA-2Na对钛合金微弧氧化膜性能的影响

为研究柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对钛合金微弧氧化膜性能的影响,在含有Ca,P元素的溶液中对钛合金进行微弧氧化处理,对添加配位剂前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性能和显微硬度进行了研究.结果表明,CA和EDTA-2Na均能促进微弧氧化膜中羟基磷灰石的形成,其中CA使氧化膜中Al的比例降低至2.7%;EDTA-2Na则促进CaTiO3的形成,并使氧化膜表面Ca/P原子百分比提高至1.83.加入上述两种配位剂后,微弧氧化膜均能保持良好的润湿性能.虽然加入配位剂后氧化膜的显微硬度有所下降,但仍接近Ti6Al4V合金基体硬度的2倍.     

Preparation of Metallurgical Ceramic Coatings on Steel Using a Combined Technique

Micro-arc oxidation (MAO) is a novel surface technique for producing ceramic coatings on valve metals and their alloys. But this promising technique can not be used to steel directly. In this paper metallurgically wedded ceramic coatings was prepared on steel surface with a combined method of arc spraying and microarc oxidation for the first time. The results show that, adhesive strength of the arc spraying aluminum coatings to steel substrate was enhanced after induction remelting, and a metallurgically wedded region was formed between arc spraying coatings and steel substrate. After MAO, ceramic coatings was formed on aluminum coatings, and the ceramic coatings is mainly composed of α-Al2 O3 ,γ-Al2 O3 , θ-Al2 O3 and a little amorphous phase.     

TC4钛合金微弧氧化因素对生物陶瓷膜中Ca,P相对含量的影响

为了提高钛合金陶瓷膜的生物相容性,采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备了一层富含Ca,P的生物活性陶瓷膜。采用SEM,EDS,XRD研究了电流密度、溶液中Ca,P摩尔比、添加剂EDTA.2Na浓度对膜层中Ca,P相对含量(原子分数)及Ca,P摩尔比的影响及微弧氧化生物陶瓷膜层的形貌及组成。结果表明:随着电流密度的增大,膜层中的Ca,P相对含量增加,Ca,P摩尔比也逐渐增加;增大溶液中Ca,P摩尔比,膜层中Ca相对含量有所增加,Ca,P摩尔比也逐渐增加;当加入添加剂EDTA.2Na时,膜层中的Ca相对含量显著增加,从而使膜层中Ca,P摩尔比显著增加;氧化膜由致密的内膜层和多孔的外膜层构成,主要由Ca,P,O,Ti,V元素组成,其相成分主要为金红石和板钛矿型TiO2,并含有一定量的非晶相Ca,P化合物。