水热处理后TC4钛合金微弧氧化涂层的润湿性和电化学性能分析

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低、生物相容性差等问题,本试验利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,结合水热合成技术在TC4钛合金涂层中引入具有生物活性的羟基磷灰石层,探究水热合成液浓度变化对TC4钛合金涂层的润湿性能和电化学行为的影响。利用XRD、SEM、润湿角测量仪、激光共聚焦显微镜以及电化学工作站等对TC4钛合金MAO涂层的相组成、表面形貌、润湿角、表面粗糙度、电化学性能等进行表征。研究结果表明:随着水热合成液浓度增加,TC4钛合金MAO涂层中金红石相TiO_2含量有所提高,羟基磷灰石(HA)相含量逐渐增加。水热合成液浓度的变化对TC4钛合金MAO涂层表面粗糙度的影响不大,粗糙度在1～2μm范围内。在水热合成处理后,TC4钛合金涂层的极化曲线会向正电位方向移动,腐蚀电位增加,腐蚀电流密度降低,降低幅度约为一个数量级。     

水热时间对钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石的影响

目的研究水热时间对TC4钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石(HA)的影响。方法对TC4钛合金微弧氧化膜进行不同时间的水热合成处理,分析其微观形貌、成分及相结构,观察其在模拟体液中浸泡5周后的形貌及结构变化。结果水热处理提高了微弧氧化膜的Ca/P摩尔比,使非晶态钙磷化合物转化为HA晶体,随着水热时间的延长,HA衍射峰数量增多且强度增加。在模拟体液中浸泡5周后,微弧氧化膜表面仅有微量磷酸钙形成,而如水热合成后再浸泡,氧化膜表面的HA几乎完全转化为磷酸钙。结论水热处理有助于钛合金微弧氧化膜表面合成HA晶体。在8 h内,水热时间越长,氧化膜表面的HA含量越高,模拟体液中浸泡后形成的磷酸钙也越多,与人体的相容性越好。     

碱处理对钛合金表面微弧氧化涂层中磷灰石形成的影响（英文）

使用3种不同浓度的氢氧化钠溶液对钛合金表面的微弧氧化涂层(MAO)进行改性处理,以提高微弧氧化涂层的生物活性。通过分析经不同浓度碱溶液处理后样品的微观形貌、化学成分、相组成、表面粗糙度、接触角和磷灰石的形成程度等因素,研究碱处理对微弧氧化涂层的影响。实验结果表明,碱处理后的微弧氧化涂层中生成了Na2Ti6O13和Na2Ti3O7相,这两相的生成增加了微弧氧化涂层的表面粗糙度,减小了模拟体液与涂层的接触角。因此,采用不同浓度碱处理能够促进微弧氧化涂层中磷灰石的形成,使涂层表面的生物活性增加。     

TC4表面掺La微弧氧化涂层的显微结构与耐磨性的研究

针对TC4钛合金在服役期间耐磨性较差等问题,本文在乙酸钙-六偏磷酸钠电解液体系下运用微弧氧化工艺在TC4钛合金表面制备出掺La陶瓷涂层。重点研究了电解液中掺杂La(NO₃)₃对TC4钛合金微弧氧化涂层(MAO)耐磨性的影响。利用XRD、SEM、显微硬度计、摩擦磨损试验机、涂层附着力划痕仪等仪器对不同La(NO₃)₃掺杂量下的微弧氧化涂层的物相组成、微观形貌、厚度、显微硬度、摩擦因数、结合力等指标进行表征。结果表明：随着La(NO₃)₃掺杂量增加,MAO涂层由HAp、A-TiO₂、R-TiO₂、La₂O₃相组成。掺La陶瓷涂层厚度虽略有减小,但致密性有所提高。涂层的显微硬度先增大后减小、摩擦因数先减小后增大。当La(NO₃)₃掺杂量为6 g/L时,涂层显微硬度提高31.18%,涂层与基体结合力提高30.59%,MAO涂层摩擦因数...     

钛合金表面微弧氧化／水热处理复合陶瓷层的性能研究

对微弧氧化后的Ti6Al4V合金表面进行了水热处理,对处理后涂层的成分、形貌及其在Hank's模拟体液中的腐蚀性能进行了研究.试验结果表明:水热处理后,微弧氧化层中以无定形态钙磷酸盐存在的Ca、P元素转化为针状羟基磷灰石,厚度约为5μm,并在微弧氧化膜微孔边缘和底部优先生长.与微弧氧化层相比,水热处理后涂层的粗糙度明显下降,同时显微硬度下降约1/3.电化学腐蚀试验表明:微弧氧化显著改善了钛合金在模拟体液中的耐腐蚀性能;水热处理钛合金自腐蚀电位低于纯钛合金,但当处于人体电位0.4～0.6V(vs.SCE)范围时,微弧氧化/水热处理钛合金的腐蚀电流比纯钛合金低1个数量级.     

水热处理参数对Ti6Al4V合金微弧氧化膜HA生成的影响

采用微弧氧化的方法在Ti6Al4V合金表面生成一层富含Ca和P元素的氧化膜,对其进行水热处理,并生成具有生物活性的羟基磷灰石(HA)涂层.研究了处理介质为氨水(pH=10)时,水热处理温度、水热处理时间、冷却条件及填充度对水热处理后钛合金微弧氧化膜表面生成羟基磷灰石的影响.结果表明:随着处理温度和保温时间的延长,HA数量增多,颗粒增大;随釜冷却处理比空冷处理得到的HA更加粗大,并且分布更加均匀致密;填充度增加,HA分布趋于均匀但是形状趋向不规则.     

Ti6Al4V钛合金超声波冷锻/微弧氧化涂层的制备及耐磨性能

为了提高生物医用钛合金的耐磨性,利用超声波冷锻技术(UCFT)作为预处理,采用微弧氧化(MAO)技术制备出具有生物活性的MAO涂层。采用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测量钛合金UCFT处理后表面纳米晶粒大小和表面粗糙度,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量涂层的微观形貌、相组成和显微硬度,并在高速往复摩擦磨损试验机上对试样进行摩擦学性能测试。结果表明:超声波冷锻后的钛合金表面晶粒得到细化,平均表面粗糙度仅为36.98nm;UCFT-MAO涂层的显微硬度从330HV0.05提高到518HV0.05,经超声波冷锻预处理后的微弧氧化涂层的摩擦因数降低,UCFT-MAO试样在仿生液中的磨损量仅为基体试样的1/3。超声波冷锻技术作为预处理,显著提高了钛合金微弧氧化涂层的耐磨性能。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

TC4钛合金表面激光冲击强化-微弧氧化涂层的组织和性能

通过激光冲击强化(LSP)在TC4钛合金表面制备细晶粒过渡层，再采用微弧氧化(MAO)制备LSP-MAO复合涂层，研究TC4钛合金表面MAO涂层及LSP-MAO复合涂层的显微组织、相结构、显微硬度和耐磨性。结果表明：激光冲击强化处理后，TC4钛合金衍射峰变宽，表层晶粒明显细化。与MAO涂层相比，LSP-MAO复合涂层表面的孔径更小，表面更加平整，显微硬度和强化层深度有所增加，其中激光冲击2次时显微硬度最高，达到636.3 HV0.025(距离表面30μm处),其强化层最大深度达到390μm。LSP-MAO涂层的耐磨性均优于MAO涂层，其中激光冲击强化2次时LSP-MAO复合涂层耐磨性最好。     

喷丸处理和微弧氧化对TC4合金组织和疲劳性能的影响

通过喷丸处理(SP)在TC4钛合金表面制备强化过渡层,再采用微弧氧化(MAO)制备出喷丸+微弧氧化(SP+MAO)涂层。对比研究TC4钛合金表面微弧氧化涂层及喷丸+微弧氧化涂层的显微结构、相组成和疲劳性能。结果表明:喷丸处理后,材料表面粗糙度上升。位错不断增殖、积塞直至发生交割而起到表层晶粒细化的作用,距表面深度为5μm处硬度达最大值472.84HV_(0.1)、提高了40%,表层残余压应力从基体的-98.8 MPa提升到-548.9MPa。相比微弧氧化涂层,喷丸+微弧氧化涂层表面粗糙度由0.54μm上升到0.79μm,平均厚度从4.1μm增加至12.6μm。喷丸+微弧氧化试样的疲劳寿命为13321周次,远高于微弧氧化试样的疲劳寿命3638周次,略高于原始试样疲劳寿命13067周次。这表明采用喷丸作为预处理可以改善微弧氧化工艺对试样疲劳性能的影响。     

氧化时间对Ti6Al4V合金微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明,随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为Ti O2;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

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TiO2和Ti组成,石墨对膜层中TiO2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。     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

目的提升选区激光熔化成形(SLM)Ti6Al4V合金的生物活性。方法研究了不同电压对微弧氧化技术(MAO)在SLMTi6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能,并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析(FT-IR)等检验涂层的生物活性。结果经过微弧氧化处理,SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层,涂层的主要物相为锐钛矿,涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层,表面均匀,钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一,厚度适宜,为3.19μm,且随着涂层增厚,基体元素Ti含量下降,Ca、P和O元素的含量增加。300V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好,膜层在SBF溶液中浸泡35天后,钙、磷比由0.73增加到1.2,并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V,经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。     

微弧氧化改性电子束选区熔化Ti6Al4V合金的腐蚀与磨损性能（英文）

为了分析微弧氧化电压对Ti6Al4V(TC4)合金腐蚀和磨损性能的影响,分别在400、420和450 V对电子束选区熔化(SEBM)制备的TC4样品进行微弧氧化表面处理。结果表明,随着氧化时间和温度的增加,亚稳态锐钛矿型TiO_2逐渐转变为金红石型TiO_2。MAO膜表面形貌主要是尺寸分布均匀的大量微孔,仅在450V电压下出现裂纹和10μm的孔隙;MAO膜厚度与施加电压呈正相关。MAO膜的耐腐蚀性能和磨损性能与其相成分、表面微孔尺寸分布及膜厚有关;当MAO电压为420 V时,腐蚀电流密度最小(0.960×10~(-7) A/cm~2),阻抗最大(7.17×10~5Ω·cm~2),耐腐蚀性能最好;相同载荷条件下,涂层的摩擦因数及磨损量均大于基体的;随着MAO施加电压的增加,MAO膜的磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,且450V电压时粘着磨损加剧,摩擦因数也最大,为0.821。     

氧化时间对Ti6Al4V微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明：随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为TiO₂;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

纯Ti表面微弧氧化-碱热处理仿生陶瓷膜的制备及耐蚀性

采用微弧氧化-碱热处理在纯Ti表面制备了含有羟基磷灰石(HA)的仿生陶瓷膜。利用SEM,XRD和电化学工作站等手段研究了膜层的形貌、物相及其耐蚀性。结果表明:在乙酸钙-磷酸二氢钙电解液体系中微弧氧化(MAO),纯Ti表面形成一层含Ca和P的TiO2多孔陶瓷膜。经水热处理后,膜层表面的孔洞变小、致密性增加,膜层中还出现了鳞状、层片状以及针棒状的HA。在Hank's模拟体液中,MAO膜和微弧氧化-碱热处理(MAOAH)膜均表现出较好的耐蚀性。MAO膜经模拟体液腐蚀后,形成了缺钙型HA(Ca8.86(PO4)6(H2O2)2)和CaTiO3;而模拟体液中的阴离子与MAOAH膜层的氧化物作用使膜层孔洞直径和深度增加。     

微弧氧化-水热处理法钛合金表面活化的研究现状

综述了微弧氧化-水热处理法钛合金表面活化技术的发展状况、原理及其影响因素;系统分析了微弧氧化-水热处理法制备羟基磷灰石技术的优点以及现阶段存在的问题;并对微弧氧化-水热处理法的应用前景进行了展望。     

水热处理液配方对羟基磷灰石生长的影响

将Ti6-A14-V放入含有钙磷元素的溶液中进行微弧氧化处理,在其表面可以生成一层含有钙磷元素的氧化膜.针对钙磷元素含量以及分布在微弧氧化过程中不容易控制的问题,对水热处理液进行改进,在改进的水热处理液中进行水热处理.结果表明:氧化膜表面上羟基磷灰石在数量、尺寸以及均匀性上都有很大提升.     

MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响

通过微弧氧化技术(Micro-arc oxidation, MAO)对TC4合金进行表面处理,探究了不同MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及高温真空摩擦磨损试验仪对膜层形貌、相成分、硬度以及摩擦学性能进行了测试。结果表明:随着MAO工作电压的升高,MAO-TC4合金表面膜层中锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂的含量随之增加,其表面粗糙度、显微硬度以及平均摩擦因数亦随之增大,磨损率先降低后增大。当MAO工作电压为280 V时,磨损率最小,为2.8 mg/cm²,摩擦磨损性能最佳。     

微弧氧化钛合金表面形成含钙磷生物梯度涂层研究

以醋酸钙、磷酸氢二钙、乙二胺四乙酸二钠和氢氧化钠作为电解液,采用微弧氧化(MAO)技术在钛合金表面制备了含钙磷涂层.表征了MAO涂层表面及内部显微组织结构和元素分布特征,讨论了MAO涂层的形成过程.结果表明MAO涂层表面具有多孔特征,主要含有Ti、O、Ca和P等元素.涂层与基体结合良好.同时,MAO涂层内部致密.MAO涂层生长表现为快速生长和缓速生长2个阶段.钛合金表面形成的二氧化钛基含钙磷涂层具有梯度分布结构.该MAO涂层具有生物医学应用潜力.