微弧氧化工艺参数对Ti-6Al-4V钛合金表面氧化膜厚度及表面形态的影响

为了提高Ti-6Al-4V钛合金表面的生物活性,在乙酸钙和磷酸二氢钠溶液中对Ti-6Al-4V钛合金进行微弧氧化,研究氧化时间,电压,占空比等对氧化膜厚度及其表面形态的影响。结果表明,在一定条件下,随氧化时间的增加,氧化膜厚度以指数关系增加,而膜层表面孔洞逐渐变小,最终封闭;随着电压的提高,膜层厚度增加平缓,但电压过大时,膜层反而变薄,氧化膜表面微孔的数量减少,但微孔的孔径逐渐增大;占空比的提高使得膜层厚度增加,同时伴随有膜层孔洞分布的均匀性变差,表面粗糙度增加。     

脉冲能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜性能的影响研究

微弧氧化是一种在钛合金基体表面制备致密均匀超硬氧化陶瓷膜层的新方法。从脉冲频率和占空比入手,研究了单脉冲放电能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜厚度、表面形貌的影响。结果表明:当占空比固定不变时,随着频率的增加,单脉冲放电能量不断减小,氧化膜的厚度逐渐降低,显微硬度呈降低趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐减小,微孔数量逐渐增多;当脉冲频率固定不变时,随着占空比的增大,单脉冲放电能量不断增大,氧化陶瓷膜厚度逐渐增大,显微硬度呈增加趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐增大,微孔数量逐渐减少,表面粗糙度值逐渐增加。     

电参数对AZ31B镁合金微弧氧化膜微观形貌及耐蚀性的影响

在含有丙三醇的硅酸盐体系中,通过微弧氧化法在AZ31B镁合金表面获得了细致均匀微孔的氧化膜。以SEM、电化学工作站和测厚仪为表征手段,利用单因素法分别考察了恒压模式下电压、频率、占空比对氧化膜结构、耐蚀性及厚度的影响。结果表明:随电压的增加,氧化膜的表面微孔尺寸和厚度均增大,但膜层耐蚀性能先增加后降低;随频率的增加,膜表面微孔尺寸减小,耐蚀性能增大,但频率改变对膜层的厚度影响较小;当占空比>45%时,膜层的表面微孔尺寸及厚度有增大趋势,膜层表面出现击穿破坏而导致耐蚀性能降低。优化的电参数为:电压230~260 V,频率300~500 Hz,占空比30%~45%。     

占空比对钛合金微弧氧化生物膜的影响

采用β-甘油磷酸钠和醋酸钙组成的混合电解液制备钛合金微弧氧化陶瓷膜。研究了脉冲电信号占空比对Ti6Al4V合金膜层形貌、膜厚、膜与基体的结合强度、以及膜组成相的影响。研究结果显示:随着占空比的增大,合金膜层表面的微孔数目增多、尺寸变大、膜层变厚,但膜层增长的速度变得缓慢;膜与基体的结合强度在下降,但仍然很高;组成相中锐钛矿型Ti O2的含量会减少,而金红石型Ti O2的含量将逐渐增加。这些说明占空比对Ti6Al4V合金微弧氧化生物膜的形成有重要影响。     

氧化时间对Ti-6Al-4V微弧氧化膜结构与性能的影响

在Na3PO4电解液中于恒流条件下对Ti-6Al-4V合金进行了微弧氧化处理,考察了氧化时间对微弧氧化膜表面形貌、生长速率、表面硬度和相组成的影响,并对不同氧化时间所得微弧氧化膜的摩擦学性能和耐蚀性能进行了表征.研究结果表明:随着氧化时间的延长,氧化膜表面微孔孔径逐渐增大,微孔数量逐渐减少,氧化膜生长速率逐渐减小,氧化膜的厚度逐渐增加,平均表面硬度呈先增大后减小的趋势;微弧氧化膜主要由金红石TiO2和锐钛矿TiO2相组成,随着氧化时间的延长,金红石相所占比例逐渐增大;氧化时间的长短对微弧氧化膜的摩擦系数影响不大,但对其磨损寿命有着显著影响,延长氧化时间可大大提高微弧氧化膜的磨损寿命,且随着氧化时间的延长,所得微弧氧化膜的腐蚀电位逐渐增大,腐蚀电流先减小后增大.     

复合氧化制备TC4钛合金表面多孔生物陶瓷膜层

研究了复合氧化工艺在Ti-6Al-4V(TC4)钛合金表面制备多孔TiO_2氧化膜层的工艺和性能。在乙酸钙和磷酸二氢钾电解体系中,运用阳极氧化法、微弧氧化和复合氧化方法在TC4钛合金表面制备了多孔生物陶瓷TiO_2氧化膜层,并讨论了电解液浓度(Ca/P)、成膜电压和成膜时间等参数对膜层膜厚、硬度及粗糙度等性能的影响。采用X射线衍射仪、显微硬度计、便携式粗糙度仪、扫描电镜和电化学工作站等仪器分析了表面TiO_2膜层的物相组成、显微硬度、粗糙度、耐腐蚀性和显微形貌及其结构。研究结果表明:采用恒压阳极氧化技术,在TC4表面可形成一层光滑致密氧化膜层,该膜层粗糙度比预处理过的钛合金表面大0.05μm,厚2~10μm,显微硬度为3200MPa(HV)左右,比钛合金显微硬度3100MPa(HV)略大。再在阳极氧化膜层的基础上进行复合氧化,可以在TC4表面形成具有良好耐腐蚀性的多孔TiO_2膜层。膜层的硬度可以达到7000MPa(HV),厚度达到64μm。     

离心研磨工艺对Ti-6 Al-4 V钛合金表面组织性能的影响

目的改善Ti-6Al-4V钛合金的组织性能。方法使用离心研磨工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面处理,通过显微硬度计、X射线应力分析仪、金相显微镜,对不同加工时间下试样表层的显微硬度、残余应力、金相组织进行测试。结果离心研磨加工后,Ti-6Al-4V钛合金表面的显微硬度得到提高,试样最表面的显微硬度随加工时间的延长呈现逐渐增大的趋势,加工时间为40 min时,显微硬度达到最大值385HV,比试样基体硬度值提高了55HV;在加工深度方向上,随着深度的增加,显微硬度值逐渐降低,在深度为400μm附近,显微硬度值已与基体硬度值相差不大,并且基本不再下降。加工完成后,试样表面产生了有益的残余压应力,最大残余压应力值为436 MPa。金相组织分析结果表明,试样表层组织形成了剧烈塑性变形层,其深度约40μm,在变形层内,组织的晶粒得到明显细化。结论离心研磨抛光工艺对Ti-6Al-4V钛合金表面组织性能改善效果明显,验证了使用该工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面强化的可行性。     

钛合金切削过程氧化膜特性研究

高速切削钛合金时，在加工表面会产生氧化膜，对钛合金的力学性能造成影响。对钛合金Ti-6Al-4V进行单因素车削试验，研究切削表面变形特性并对氧化膜表面进行物相分析。结果表明：切削表面会产生严重塑性变形，变形层的厚度随着进给量的增大而增大，切削表面发生氧化反应，形成氧化膜，表面呈现不同的颜色，其成分主要为Al2O3、锐钛矿型 TiO2 和金红石型 TiO2。     

Ti-6Al-4V合金热加工用无铅玻璃-陶瓷抗氧化涂层研究

制备了一种用于防止Ti-6Al-4V钛合金加热时表面氧化的无铅玻璃-陶瓷涂层材料,并对其相组成及有涂层钛合金氧化层进行了研究。结果表明,加热前涂层主要为玻璃相,加热后有结晶相生成,有利于从钛合金表面除去涂层;有涂层钛合金表面氧化层厚度小。可见,无铅环保型涂层能在500~1000 ℃温度范围内给Ti-6Al-4V合金提供良好的抗氧化保护。     

电火花加工Ti-6Al-4V合金表面组织和性能

采用电火花加工Ti-6Al-4V合金,并利用SEM、EDS、XRD、表面粗糙度仪等研究电火花加工参数电流和脉冲宽度对Ti-6Al-4V合金表面层的影响.结果表明,试验条件下,Ti-6Al-4V合金加工表面非均匀分布着裂纹、孔洞、大小不一的剥落点、放电凹坑、熔融滴、球状、非球状颗粒;Ti-6Al-4V合金白层由马氏体α′组成,其成分主要是TiC,其白层平均厚度随电流和脉冲宽度增大而增厚;表面粗糙度随电流或脉冲宽度增加而增大.     

负向电压与氧化时间对AZ91D微弧氧化膜层形成特性的影响

在硅酸盐体系下对AZ91D镁合金进行了微弧氧化处理,研究了负向电压和氧化时间对微弧氧化膜层特性的影响,并通过XRD、金相显微镜及SEM对氧化膜进行了相结构和表面形貌的分析.结果表明,随着负向电压的提高,膜厚逐渐增加,表面孔洞增大,但孔洞及微裂纹的数量减少,当负向电压为120 V时,膜厚达到157μm,孔洞及裂纹数量最少.延长氧化时间,使得微弧氧化膜层厚度增加,膜层生长速率先增大后减小.氧化膜层主要由立方结构MgO和镁橄榄石相Mg2SiO4构成,衍射谱中未发现Mg的衍射峰,氧化膜层致密性较好.陶瓷膜层由致密层和疏松层组成且与基体结合紧密.     

Ti-6Al-4V表面ZrO_2/TiO_2微弧氧化复合陶瓷层的生长特性

研究了Ti-6Al-4V表面ZrO2/TiO2复合陶瓷层的生长规律。采用SEM和XRD分析了氧化时间对陶瓷层的厚度、表面和截面形貌、元素分布和相组成的影响。结果表明:膜层呈现出先快后慢最后趋于平稳的生长动力学,最终膜层厚度44μm。陶瓷膜表面分布着富Zr的陶瓷颗粒,这是由于氧化膜外层的火花放电形成的特征结构。膜层由m-ZrO2、Rutile-TiO2和ZrTiO4组成,Zr元素含量最高可达50.47%。随着氧化时间的增长,膜层表面的Zr含量逐渐降低,m-ZrO2逐渐减少而Rutile-TiO2逐渐增多,并且出现了新相Ti2ZrO6。     

阴极液相等离子电解制备Ti-6Al-4V钛合金表面陶瓷膜

在甲酰胺、氯化钾和水的混合溶液中,采用液相等离子电解技术在阴极对Ti-6Al-4V合金进行表面改性。直流和脉冲电压下试样表面均得到了含有C、O、N三种元素的膜层。直流电压下膜层厚度与硬度随直流电压与处理时间的增加而增加,在220 V时处理20 min能够得到约100μm的膜层,膜层中最大硬度达到1287.8 HV0.1。脉冲电压下,膜层厚度同样随脉冲电压的增加而增加,但是膜层剥落现象较为严重。     

电参数对AZ91D镁合金微弧氧化过程和膜层的影响

在硅铝复合电解液中,采用不同的电参数在AZ91D镁合金表面制备微弧氧化膜。利用扫描电镜(SEM)观察了膜层表面微观形貌;通过膜层测厚仪测量了氧化膜的厚度。结果表明,随着电流密度、占空比或者氧化时间的增大,膜层的不均匀程度都逐渐增大,表面放电孔洞尺寸变大,数量减少;电流密度大于10A/dm2或氧化时间超过15min时,微弧氧化过程会出现熄弧阶段;膜层厚度随着电流密度的增加而呈现近似线性增加后趋于稳定的变化趋势;而随着占空比或者氧化时间的延长,膜层厚度则逐渐增大。     

脉冲频率及占空比对Ti6Al4V合金微弧氧化膜层微观结构及性能的影响

研究了脉冲频率及占空比对Ti6Al4V合金在Na₂SiO₃-Na(PO₄)₆电解液体系中制备的微弧氧化膜层微观结构及其性能的影响,采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、涂层厚度仪、激光共聚焦显微镜及显微硬度计对膜层形貌、元素分布、相组成、厚度、粗糙度及硬度进行测试表征。结果表明,Ti6Al4V合金微弧氧化膜层主要元素组成为Ti、O、Si等,物相组成主要为Rutile-TiO₂、Anatase-TiO₂及非晶相SiO₂,随脉冲频率增加,膜层中Anatase衍射峰强度先降低后增加,Rutile呈相反趋势;随脉冲占空比增大,Anatase衍射峰强度逐渐减小,而Rutile衍射峰强度逐渐增加。膜层表面均匀分布微米级孔洞,脉冲频率对膜层微观形貌及粗糙度影响较小,膜层厚度先增大后减小;随占空比增加,膜层快速增厚,但表面逐渐出现微裂纹及局部烧蚀等缺陷,膜层粗糙度大幅增加,600 Hz、20%占空比时膜层厚度达45.46μm,粗糙度R_a     

ELID超精密磨削砂轮表面氧化膜形成行为的实验研究

为了研究在ELID超精密磨削中不同工艺条件下砂轮表面氧化膜的生长行为,以氧化膜厚度和氧化膜的生长速率作为表征氧化膜形成过程特性指标,对电压、占空比和砂轮转速等工艺参数对金属结合剂砂轮表面氧化膜形成特性的影响进行了研究.结果表明,氧化膜厚度随着砂轮预修整时间的增加而增长,生长率在起始阶段较快,随后逐渐降低并趋于稳定.氧化膜厚度和生长率随着占空比和电压的增加而增加.达到稳态氧化膜生长率需要的时间在低占空比条件下比高占空比条件下更长.在1 000 r/min到4 000 r/min范围内,砂轮转速对氧化膜的生长特性没有影响.     

微弧氧化工艺对锆合金表面陶瓷层厚度和形貌的影响

在磷酸盐电解液体系中制备了Zr-4合金的微弧氧化陶瓷层,研究了正负向电压、频率及氧化时间等工艺参数对陶瓷层的厚度和表面微观形貌的影响.结果表明:综合对陶瓷层厚度和表面质量的影响因素,适宜的工艺参数为正向电压520 V,负向电压160 V,频率250 Hz,氧化时间10 min.在此条件下,可得到厚度50μm左右的表面状况较好的陶瓷层.较高的正向电压和较长的氧化时间有利于提高膜层的厚度,而高的正负向电压、低频率和长时间的氧化,容易形成带有较大孔洞的火山状突起和穹状表面,膜层出现裂纹并且崩离的趋势增大,因此锆合金的微弧氧化需要有适当的工艺参数配合.     

Ti-6Al-4V合金表面NiCrAlY/Al复合涂层的抗高温腐蚀性能

采用多弧离子镀技术在Ti-6Al-4V合金基底表面依次沉积Al层和NiCrAlY涂层,对比研究Ti-6Al-4V合金和NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀 (500 ℃, 30 h) 过程中微观组织结构变化及其抗高温腐蚀性能。经测定,NiCrAlY/Al复合涂层中Al层的厚度约为270 nm,NiCrAlY涂层的厚度约为3.8 μm。高温腐蚀测试结果显示,Ti-6Al-4V合金表面出现点蚀,腐蚀区域出现大量裂纹,表明合金发生严重的高温腐蚀。表面沉积NiCrAlY/Al复合涂层的Ti-6Al-4V合金经高温腐蚀后表面依然完整,未产生明显裂纹和涂层脱落。经分析,NiCrAlY/Al复合涂层在高温腐蚀过程中表面可自形成厚度约为43 nm的Al₂O₃和Cr₂O₃,连续且致密的薄氧化膜可在高温下阻隔氧气向钛合金内部的侵蚀,从而显著提高基底合金的抗高温腐蚀性能。     

掺杂HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响

在电解液中添加HfO2对Ti-6Al-4V钛合金进行微弧氧化处理,通过表征微弧氧化膜表、截面形貌,膜层成分及电化学行为,并测量膜层厚度、硬度、粗糙度等参数来研究添加HfO2对钛合金微弧氧化膜层特性的影响。结果表明：添加HfO2后,微弧氧化膜层主要成分是Al2TiO5、TiO2和γ-Al2O3。较合适浓度的HfO2能促进成膜反应,改善微弧氧化膜的微观结构,提高膜层的厚度、硬度并降低表面粗糙度,且膜层试样具有双层膜结构,膜层试样的耐腐蚀性能好于原基体。HfO2浓度为3.0g/L时所获得的微弧氧化膜层综合性能最佳。     

不同电压下镁合金的微弧氧化行为

为了解电压在镁合金微弧氧化中的作用,本工作在双极性脉冲电源的恒流加载方式下,通过考察电压对氧化时间、膜层厚度及表面形貌的影响,研究电压对微弧氧化机理的影响。结果发现,当负电压为零,占空比20%和30%时,电压低于380V时所需的氧化时间要短于电压高于380V时的氧化时间。当占空比30%,负电压为零和40V时,电压低于340V的氧化时间和膜层增长速率都小于电压高于340V的;电压低于340V时的膜层表面形貌优于340V以上膜层。可见,微弧氧化过程中存在一个临界电压,微弧氧化过程分成两种情况,两种情况的微弧氧化机理不尽相同。