微弧氧化小阴极放电及膜层均匀性

针对微弧氧化工艺中小功率电源大面积处理或局部腔体处理问题,研究小阴极微弧氧化工艺方法。采用550V恒压模式,阳极为Φ70mm×0.5mm的纯铝样件,阴极为Φ15mm不锈钢棒,浸没到硅酸钠基的电解液内的长度可变,探讨放电伏安特性和膜层厚度、表面形貌以及电化学行为的均匀性。结果表明:小阴极可以实现微弧氧化,但小阴极增加了阴极-阳极间放电的等效阻抗,会造成微弧放电较弱、成膜速率较低,微弧氧化样品的径向膜层厚度和耐蚀性呈现不均匀性,靠近样品边缘膜层较厚,中心区域膜层较薄;增加阴极尺寸,膜厚均匀性从74%(阴极深入20mm)提高到78%(阴极深入40mm),同时膜层的耐腐蚀区域加大。结果对于小功率电源大面积微弧氧化和腔体内部微弧氧化具有重要的指导意义。     

阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4电解液中微弧氧化膜结构和耐磨性能的影响

目的 研究恒流模式下阴极电流密度对6061铝合金在含Na2WO4的电解液中制备的微弧氧化膜厚度、形貌、相组成及耐磨性能的影响。方法 固定阳极电流密度为5.0 A/dm²,阴极电流密度分别为0、1.25、2.5、3.75、5.0 A/dm²,对6061铝合金进行微弧氧化40 min。用涡流测厚仪测量了氧化膜的厚度,用扫描电镜观察了微弧氧化膜的表面形貌和截面形貌,用能谱分析仪分析了氧化膜的表面成分,用X射线衍射分析仪分析了微弧氧化膜的相组成,用往复式摩擦磨损试验机测试了氧化膜的耐磨性能。结果 随着阴极电流密度的增加,氧化膜内的W含量逐渐减少,氧化膜颜色逐渐变浅,氧化膜厚度逐渐增加。微弧氧化膜的主要组成相为α-Al2O3和γ-Al2O3。当阴极电流密度从0 A/dm²增加到3.75 A/dm²时,氧化膜内孔洞的数量和尺寸逐渐减少,孔洞到氧化膜/基体界面的距离逐渐增加,氧化膜的耐磨性能逐渐提升。当阴极电流密度为3.75 A/dm²时,氧化膜的磨损率最低,仅为1.07×10^‒4 mm³/(N.m)。但阴极电流密度增加到5.0 A/dm²时,氧化膜表层出现孔洞和剥落,耐磨性能下降。结论 阴极电流的加入有助于增加6061铝合金微弧氧化膜的厚度,提高氧化膜的致密性和耐磨性能,但过高的阴极电流会导致氧化膜表层出现孔洞,降低耐磨性能。     

添加剂C6H12N4对6063铝合金微弧氧化黑色陶瓷膜结构与性能的影响

用硅酸盐-磷酸盐的复合溶液体系对6063铝合金进行微弧氧化,获得颜色均匀的黑色陶瓷膜。研究了添加剂(C₆H₁₂N₄)对膜层的表面形貌、成分、组织结构、黑度、附着力、粗糙度和耐蚀性的影响。结果表明,添加剂使微弧氧化膜层黑度增加,膜层均匀性和附着力显著提高,粗糙度降低,但膜层的相组成不变,均为γ-Al₂O₃和Al₈₆V₁₄。含添加剂的体系获得的微弧氧化膜层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电流密度相比无添加剂的体系获得的黑色膜层有很大程度的降低。     

微弧氧化工艺及封孔处理对镁合金耐蚀性能的影响

为寻求在低成本下获得高性能镁合金防护膜的方法,采用直流低压微弧氧化工艺,在硅酸盐体系中添加抑弧剂抑弧以获得均匀的膜层,并对随后获得的微弧氧化陶瓷膜进行封闭处理.通过形貌分析及腐蚀析氢的方法研究了膜层的耐蚀性能及腐蚀特征,结果表明:在低电流密度下适当延长微弧氧化时间,可获得更为致密的陶瓷膜层,抗腐蚀性能更好.碳酸盐封孔处理可使膜层的致密层变厚,并进一步强化膜层的致密度;能保证基体完全不受腐蚀的时间显著延长,并在较长时间内使膜层的抗腐蚀性能明显提高.     

阴极微弧电沉积表面处理钛的高温氧化行为

在0.4 mol/l Al(NO3)3乙醇溶液中,采用阴极微弧电沉积方法在纯钛表面制备出80 μm厚的氧化铝涂层.研究了钛及其镀膜样品在973 K的高温氧化行为,并分析了它们恒温氧化后的组织、成分和相组成.结果表明,具有氧化铝涂层的钛在973K的氧化速率降低了4倍,恒温氧化后涂层的形貌和相组成几乎保持不变.涂层/钛界面附近的较薄氧化铝致密层对抑制氧和钛原子的扩散起重要作用.阴极微弧电沉积是提高钛抗氧化性能的有效方法之一.     

阴极电流密度对LY12铝合金微弧氧化膜致密性的影响

采用双极性脉冲电源,在一定的阳极电流密度 (j_a) 下,通过改变制备过程中阴极电流密度 (j_c) 的大小,在LY12铝合金表面制备微弧氧化膜。采用SEM,EIS和中性盐雾实验研究微弧氧化膜的表面微观形貌、致密性以及实际服役性能的变化,进而分析j_c对LY12铝合金微弧氧化膜致密性的影响。结果表明：施加适当的j_c可以制备致密性较好的氧化膜;当j_c较低或较高时,微等离子体在基体表面放电火花分布不均,无法获得致密性氧化膜;当j_a=5 A/dm²,j_a∶j_c=1∶1时,获得的LY12铝合金微弧氧化膜的致密性最佳。     

植酸添加剂对6061铝合金微弧氧化膜层性能的影响

目的 提高6061铝合金微弧氧化膜层的性能.方法 在电解液中加入5 mL/L的植酸,对6061铝合金表面生成的微弧氧化膜层进行改性.记录微弧氧化过程中的电压-时间曲线,采用SEM、EDS、XRD、电化学工作站、马弗炉等仪器设备,研究了植酸的添加对微弧氧化膜层微观结构、元素组成、相组成、耐蚀性、抗热震性等特性的影响.结果 添加植酸后,微弧氧化电压从526 V提高到538 V,微弧氧化放电更加均匀,微弧氧化膜层的生长速率增加,膜层厚度从9.3μm增加到13.6μm.放电微孔孔径减小,数量增多,膜层致密均匀,膜层结合力从3.2 N提高到3.9 N,显微硬度增加了39.2HV.植酸中的磷酸根基团和羟基可与基体电离出的Al3+结合生成植酸铝,使膜层中的C、P元素比例提高,Al元素比例降低.微弧氧化过程中,基体中的Al转变成γ-Al2O3和α-Al2O3,添加植酸后,γ-Al2O3和α-Al2O3的衍射峰强度提高.膜层的腐蚀速率从1.085×10-2 mm/a降低到1.565×10-3 mm/a,其耐蚀性能提高,同时具有良好的抗热震性能.结论 植酸的添加优化了微弧氧化膜层的结构,提高了膜层的厚度、显微硬度和膜层结合力,同时改善了膜层的耐蚀性能和抗热震性能.     

铝合金微弧氧化膜在高温盐水中的耐蚀性能研究

研究5052铝合金微弧氧化膜在70℃/7%NaCl溶液中浸泡不同时间的开路电位和电化学阻抗谱变化,分析微弧氧化膜层的防腐机理。研究表明,高温腐蚀溶液可快速通过微弧氧化膜缺陷渗透到基体铝合金表面,从而引发基体金属腐蚀;但腐蚀产物在膜层缺陷内的沉积可阻塞腐蚀溶液向缺陷内部渗透,又使微弧氧化膜具有一定的自修复能力,膜层电阻经过初始阶段的急剧下降后,基本保持不变;对微弧氧化膜进行封闭处理可有效提升膜层的自修复能力。     

DLC薄膜沉积对不同表面形貌的钛微弧氧化膜层摩擦学性能的影响

目的 在钛微弧氧化（MAO）膜层表面沉积类金刚石碳（DLC）薄膜,探索DLC薄膜沉积对不同表面形貌微弧氧化膜层摩擦学性能的影响。方法 在铝酸盐电解液体系中,通过改变微弧氧化时间（10、60 min）制备表面粗糙度与平均孔径不同的两种微弧氧化膜层MAO_10和MAO_60,而后利用磁控溅射技术在其表面沉积DLC薄膜,获得MAO/DLC复合膜层。通过白光共聚焦显微镜、CSM球盘式摩擦磨损试验机、Mahr轮廓仪和扫描电子显微镜等实验设备,对膜层的表面粗糙度、微孔尺寸、摩擦系数、磨损率和磨痕形貌等进行观察和分析。结果 微弧氧化时间增加导致MAO膜层的表面粗糙度增大,表面微孔数目下降但平均孔径增大。DLC沉积可以在MAO_10膜层表面形成较好的DLC覆盖层,但在粗糙度较高和孔径较大的MAO_60膜层表面呈现出明显的不连续分布。MAO/DLC复合膜层的粗糙度和平均孔径明显低于MAO膜层。摩擦学性能测试表明,MAO_10/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率相比于MAO_10膜层均明显下降,MAO_10膜层和MAO_10/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.85和0.24,磨损率分别为12.76×10-6 mm3/(N?m)和3.71×10-6 mm3/(N?m);MAO_60/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率则与MAO_60膜层比较接近,MAO_60膜层和MAO_60/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.77和0.67,磨损率分别为68.02×10-6 mm3/(N?m)和61.81×10-6 mm3/(N?m)。结论 在表面较平整且平均孔径较小的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时,所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中可以形成较为连续的润滑层,其摩擦学性能良好。相反,在表面粗糙和平均孔径较大的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时,所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中难以形成连续的润滑层,其摩擦学性能较差。     

极间距对6061铝合金微弧氧化的影响

目的通过改变极间距来控制膜层在试样表面的局部生长。方法通过改变阴极面积来营造均匀与非均匀的电场环境。分别进行微弧氧化试验,根据时间-电压曲线、弧光放电现象、膜层厚度分布等,分析了非均匀电场环境下,极间距对6061铝合金微弧诱发和生长过程的影响。结果非均匀场强下,极间距从2 mm增大到50 mm时,终止电压先从550 V降低到450 V,随后又逐渐上升到650 V;微弧诱发时间从10 s增加到310 s后,又减小到90 s;中心区域膜层厚度从7.5μm减小到1.5μm,后又增加到4μm,边缘区域的厚度则从0μm缓慢增加到4μm。微弧氧化在较小极间距的情况下,极间距的增大会降低反应速率和提高膜层的均匀性。结论极间距的变化会对膜层的生长速率、膜层厚度以及膜层的形貌特征产生很大影响。通过调整合适的极间距可以控制膜层的生长区域,实现膜层的局部优先生长。     

AZ31镁合金表面含纳米羟基磷灰石微弧氧化涂层的制备及性能研究

目的改善AZ31镁合金的耐腐蚀性能及生物活性。方法使用微弧氧化技术,分别在以六偏磷酸钠为主盐的电解液和以六偏磷酸钠为主盐、以纳米羟基磷灰石(HA)为添加剂的电解液中,在AZ31镁合金表面制备了微弧氧化涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征了涂层的微观形貌、元素特征和相组成。通过电化学方法和浸泡实验考察了涂层的耐蚀性。通过细胞实验评价了两种涂层的细胞相容性。结果电解液中的HA可以进入到微弧氧化涂层中,含HA的微弧氧化涂层较不含HA的更致密,且有封孔现象。电化学方法及浸泡实验结果表明,含HA的微弧氧化涂层的耐腐蚀性能更好。细胞表面粘附实验和细胞增殖实验也表明,经表面纳米HA微弧氧化处理后的AZ31镁合金生物相容性更好,且对MC3T3-E1细胞的增殖有促进作用。结论六偏磷酸钠电解液中添加纳米HA,可以在AZ31镁合金表面制备出含HA的微弧氧化涂层,且其耐腐蚀性能和生物活性均优于不含HA的微弧氧化膜。     

镁合金微弧氧化陶瓷层形成及生长过程的研究

研究了MB8镁合金在硅酸盐溶液体系中微弧氧化陶瓷层形成及生长过程的形貌特征。结果表明：整个过程可分为3个阶段,即阳极沉积阶段、微弧阶段和局部弧光阶段。阳极沉积阶段是在阳极表面发生团絮氧化膜沉积与扩展的过程。微弧阶段是前期缺陷减少与消失并形成均匀膜层表面的过程,陶瓷层表面微孔孔径较小,膜层均匀致密。局部弧光阶段形成的放电微孔孔径较大,陶瓷层比较疏松。     

7075铝合金微弧氧化膜硅溶胶封孔工艺及其性能

对微弧氧化后的7075铝合金进行硅溶胶封孔处理,采用扫描电镜、X衍射仪、高温摩擦磨损试验机和电化学工作站对硅溶胶封孔前后微弧氧化膜层的微观表面形貌、截面形貌、相组成、耐磨性和耐腐蚀性进行观察分析,研究了硅溶胶-凝胶不同封孔工艺对封孔效果的影响。结果表明,相对于微弧氧化膜层,封孔后的微弧氧化膜层微孔明显减少,膜层的粗糙度降低,耐磨性得到提高。封孔后的铝合金微弧氧化膜腐蚀电位由-0.62 V(vs SCE)正移到-0.36 V(vs SCE),腐蚀电流密度由2.44×10^-3 A·cm^-2下降到2.03×10^-4 A·cm^-2,耐腐蚀能力得到显著提高。通过浸渍提拉法封孔的微弧氧化膜层的耐腐蚀性比旋涂法封孔的更好。     

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。     

Ti-6Al-2Zr-1Mo-3Nb合金微弧氧化陶瓷膜的结构与性能

利用微弧氧化技术,在Ti-6Al-2Zr-1Mo-3Nb合金表面制备陶瓷涂层。用扫描电镜和X射线衍射仪观察并分析陶瓷膜层的组织形貌和相结构,用电子万能材料试验机和数字万用表研究膜层的结合强度和绝缘性,并用MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试验机和YWX/Q-750盐雾试验机考察涂层的摩擦性能和耐腐蚀性能。结果表明:陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成,膜基结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐腐蚀性良好,耐磨性得到明显改善,涂层的磨损机制表现为轻微的磨粒磨损与粘着磨损。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

预制膜对铝合金微弧氧化陶瓷层生长过程的影响

在磷酸盐体系电解液中,利用微弧氧化技术,分别对有、无高温氧化预制膜的铝合金进行表面陶瓷化处理,研究了预制膜对陶瓷层生长的影响规律.结果表明:高温氧化预制膜有利于提高陶瓷层的生长速率,降低起弧电压;陶瓷层的生长先是以初期形成的陶瓷颗粒为核心呈线状扩展,然后多条线接合呈网状,最后蔓延成面;陶瓷层生长的初期以高温氧化预制膜熔化生成为主,到后期,则是以铝合金基体熔化生成为主,此时预制膜对陶瓷层生长过程的影响较小,但由预制膜生成的陶瓷对陶瓷层生长的影响较大.     

医用镁合金微弧氧化涂层制备及降解行为研究进展

近年来，镁合金作为“可降解医用金属材料”越来越受到研究人员的青睐。然而，镁合金的腐蚀降解较快导致的力学衰减显著、材料与骨愈合的适配性减弱是当前限制其临床应用的瓶颈性问题。微弧氧化作为一种有效的减缓镁合金降解速率措施，具有工艺简单、成膜效率高、膜层整体综合性能优异等优点，实现了降解速度可调控与改善生物相容性双重功能。本文主要从微弧氧化（MAO）涂层形成机制及膜层降解机理出发，综述了生物医用镁合金微弧氧化涂层研究进展；详细阐述了微弧氧化涂层镁合金的膜层形成/破裂机制；系统地归纳了微弧氧化工艺参数和涂层降解性能、生物相容性的本质联系；揭示了自封孔型氧化膜的生长机制、封孔物质的沉积过程及其保留在微孔内的原因；概述了复合表面处理技术的膜层物相特征及仿生溶液环境下降解行为规律。最后，展望了医用镁合金微弧氧化涂层的未来发展方向。     

镁合金微弧氧化过程中不同电压下获得膜层的性能研究

采用扫描电镜、电化学阻抗方法,研究了镁合金AZ91D微弧氧化过程中不同电压下获得氧化膜的性能.结果表明,随着氧化电压的升高,可以获得三种不同性能的氧化膜:钝化膜、微火花氧化膜和弧光氧化膜.钝化膜很薄,厚度不足1μm,膜层的阻抗随着氧化电压升高略有增加,仍属于钝化膜性质;微火花放电后期得到的膜层较厚,厚度可达30μm,表面均匀、结构致密,具有最高的阻抗,可以达到8×107Ω;弧光放电阶段氧化膜最厚,但结构疏松、易碎,阻抗逐渐降低至1×107Ω.结果还指出,硅酸盐体系中微火花放电阶段后期形成的膜层具有最佳的性能;而且膜层的阻抗主要由氧化膜的有效厚度决定,与总厚度关系不大.     

钛合金微弧氧化生物膜制备与性能研究

综合国内外钛合金微弧氧化生物膜制备的方法,主要阐述了电参数与电解液对钛合金微弧氧化生物膜结构以及性能的影响机制.脉冲电源下,电流对膜层的制备具有良好的调整作用,且得到的膜层厚度显著增大.膜层厚度随氧化电压的升高而增加时,膜层表面颜色与腐蚀电位也发生变化.增加脉宽,降低频率时,单脉冲放电能量随之增加,微弧氧化成膜速率显著加快.不同体系电解液制备的膜层表面粗糙度、微孔结构等存在差异.在电解液中引入银、锌、铜离子能有效改善植入物涂层表面细菌黏附引起的异物炎症问题,增强其抗菌作用.基于目前钛合金微弧氧化的研究进展,展望了该研究方向,对钛合金植入物在临床医学应用发展中具有积极的促进作用.