钛表面硅铝锡复合涂层制备及其性能研究

研究了硅铝锡三元复合涂层作为氧扩散阻挡层对钛-瓷结合强度的影响。通过测量复合溶胶的粘度对溶胶的稳定性进行评价,并进一步优选出与纯钛热膨胀系数匹配的复合溶胶的成分,采用电化学工作站对涂层处理后钛试样在人工唾液中的耐腐蚀性能进行评价,研究了涂层处理对钛试样的耐腐蚀性能的影响。结果表明:复合溶胶中SiO2含量较高时,复合溶胶粘度上升较快,凝胶时间短。n(Si):n(Al):n(Sn)=1:1:3的复合溶胶的热膨胀系数为9.09×10-6℃-1,与钛的热膨胀系数相匹配。300℃处理获得的复合涂层主晶相为SnO,同时涂层表面局部存在微米级的裂纹。涂层处理可明显改善人工唾液腐蚀环境中钛的耐腐蚀性和钛-瓷结合强度的耐久性。中性与中性含氟人工唾液浸泡对钛-瓷结合强度没有明显影响。而pH=3/[F-]=100 mg/L的人工唾液对钛的腐蚀最严重,浸泡30 d后钛-瓷结合强度由浸泡前的45 MPa下降到34 MPa。     

不同氮分压下磁控溅射ZrN对钛/瓷结合的影响

探讨不同氮分压下磁控溅射氮化锆(ZrN)涂层对纯钛与低熔瓷粉(Vita钛瓷粉系统)结合强度的影响。60个纯钛基片随机分为1个对照组和3个实验组。实验组分别在不同氮分压下(Ta组1.0×10-2Pa,Tb组5.0×10-2Pa和Tc组10.0×10-2Pa)溅射沉积ZrN涂层。纯钛试样经表面处理后在烤瓷炉中进行烧结。用XRD检测到ZrN立方新相。万能试验机测试钛瓷试样三点抗弯强度,对照组为(26.67±0.88)MPa,实验组分别为:Ta(49.41±0.55)MPa,Tb(54.55±0.69)MPa和Tc(46.24±0.53)MPa,四组间差别均有统计学意义(P<0.05)。SEM观察表明,实验组钛/瓷结合良好,钛基底残留的瓷断面数量较多,面积较大。不同氮分压下溅射沉积的ZrN涂层对钛/瓷结合的增强程度有所不同,5.0×10-2Pa下钛/瓷结合增强最为明显。     

钛硅铝锡复合涂层对钛/瓷结合的影响

研究了钛硅铝锡四元复合涂层作为扩散阻挡层对钛/瓷结合强度的影响。通过测量复合溶胶的粘度对溶胶的稳定性进行评价,并进一步优选出与纯钛热膨胀系数匹配的复合溶胶的成分。采用电化学工作站对涂层处理后钛试样在人工唾液中的耐腐蚀性能进行评价,研究了涂层处理对钛试样耐腐蚀性能的影响。结果表明:复合溶胶中SiO2溶胶含量对溶胶粘度的影响较大,SiO2含量较高时复合溶胶粘度上升较快,凝胶时间较短,溶胶稳定性较差。n(Ti):n(Si):n(Al):n(Sn)=3:1:1:3的复合溶胶的热膨胀系数为9.28×10-6/℃,与钛的热膨胀系数相匹配。300℃处理获得的复合涂层主晶相为SnO,同时涂层表面存在较多的微米级的裂纹。涂层处理可明显提高钛的耐腐蚀性,中性与中性含氟人工唾液浸泡对钛/瓷结合强度没有明显影响。而pH=3/[F-]=1×10-4的人工唾液对钛的腐蚀最严重,浸泡30 d后,钛/瓷结合强度由浸泡前的45 MPa下降到35 MPa。     

金属喷涂工艺与设备

20091200锆涂层对钛/瓷结合强度的影响[英]/段珍珍…//China Welding.-2008,17(3):10~14采用磁控溅射法在钛表面溅射一层锆涂层,研究了锆涂层对钛/瓷界面微观组织和力学性能的影响。结果表明,在烤瓷过程中,钛/瓷界面发生了原子相互扩散,锆涂层能有效的防止钛表面过度氧化。当溅射锆涂层时间为1h,钛/瓷结合强度达到29.7MPa,与没有溅射涂层的钛/瓷结合强度23.5MPa相比,提高了26.4%。图8表2参920091201可送粉末复合式电弧喷涂枪的设计/蒋湘云…//电焊机.-2008,38(8):65~67基于针对电弧喷涂应用的局限性,设计了一种能有效结合电弧喷涂和火焰喷涂优点的复合式电弧喷涂枪。该喷涂枪设有一个送粉装置,可同时实现电弧喷涂和粉末喷涂,扩大了电弧喷涂的应用范围。通过改变合金粉末的种类和送入量,实现不同性能要求的复合涂层的制备。图5参620091202高速电弧喷涂铁基Cr3C2复合涂层的显微组织/贾焕丽…//机械工程材料.-2008,32(9):45~48采用高速电弧喷涂技术将自制的铁基Cr3C2粉芯丝材在20钢上制备复合涂层,采用SEM、TEM、XRD等研究了涂层...     

金属喷涂工艺与设备

20091200锆涂层对钛/瓷结合强度的影响[英]/段珍珍…//China Welding.-2008,17(3):10~14采用磁控溅射法在钛表面溅射一层锆涂层,研究了锆涂层对钛/瓷界面微观组织和力学性能的影响。结果表明,在烤瓷过程中,钛/瓷界面发生了原子相互扩散,锆涂层能有效的防止钛表面过度氧化。当溅射锆涂层时间为1h,钛/瓷结合强度达到29.7MPa,与没有溅射涂层的钛/瓷结合强度23.5MPa相比,提高了26.4%。图8表2参920091201可送粉末复合式电弧喷涂枪的设计/蒋湘云…//电焊机.-2008,38(8):65~67基于针对电弧喷涂应用的局限性,设计了一种能有效结合电弧喷涂和火焰喷涂优点的复合式电弧喷涂枪。该喷涂枪设有一个送粉装置,可同时实现电弧喷涂和粉末喷涂,扩大了电弧喷涂的应用范围。通过改变合金粉末的种类和送入量,实现不同性能要求的复合涂层的制备。图5参620091202高速电弧喷涂铁基Cr3C2复合涂层的显微组织/贾焕丽…//机械工程材料.-2008,32(9):45~48采用高速电弧喷涂技术将自制的铁基Cr3C2粉芯丝材在20钢上制备复合涂层,采用SEM、TEM、XRD等研究了涂层...     

钛微弧氧化表面处理对钛瓷结合强度的影响

为了探讨钛经微弧氧化处理后,对钛瓷结合强度的影响,将试样分为光滑组和喷砂组,然后随机地抽取两组中的各一半试件进行微弧氧化处理,对各组钛试件表面进行瓷粉烧结.根据ISO 9693标准,对钛瓷间的三点弯曲结合强度进行测试,并对钛瓷结合界面和瓷剥脱面进行SEM和EDX观察与分析.结果表明:钛试样光滑组、粗糙组、微弧氧化光滑组和微弧氧化粗糙组与瓷的结合强度分别是:25.35±2.03,32.18±2.21,37.51±1.90和46.89±4.40 MPa;微弧氧化组的钛瓷结合强度与不进行微弧氧化处理组的钛瓷结合强度相比在统计学上有显著差异(P<0.05);粗糙组的钛瓷结合强度大于光滑组(P<0.05),但明显小于微弧氧化组(P<0.01);未进行微弧氧化处理组的钛瓷界面间可见有明显裂隙;而微弧氧化组的钛瓷界面瓷与钛基体结合紧密,无任何气泡、孔隙存在.结论是钛表面微弧氧化处理后可有效提高钛瓷的结合强度,同时表面喷砂处理也可以提高钛瓷的结合强度.     

不同冷热循环条件下NiCrAlY涂层体系的微观组织演变规律及失效机理

用空气缓冷和水快冷方式对加热至1 050℃的NiCrAlY单一涂层及含CrON扩散阻挡层的复合涂层冷却至室温,由此研究其抗循环氧化能力。结果表明:在缓冷情况下,经过200次循环氧化,无扩散阻挡层的NiCrAlY涂层明显退化,表面膜呈疏松多孔结构,以混合氧化物相为主,在涂层与基体界面附近出现Kirkendall孔穴;有扩散阻挡层的试样表面则以Al2O3膜为主,扩散阻挡层保持连续,无明显涂层退化或破坏现象,说明扩散阻挡层能明显提高NiCrAlY涂层的缓冷抗循环氧化能力。在快冷情况下,有或无扩散阻挡层的试样的表面涂层均较快发生破坏。40次循环氧化后,单一涂层表面出现鼓包突起;45次循环氧化后,鼓包处涂层脱落。而有扩散阻挡层的试样经40次循环氧化后于扩散阻挡层界面处开裂;45次循环氧化后,包覆涂层部分断落。利用Oxx公式能很好地解释涂层/基体或涂层/扩散阻挡层界面的破坏;对于快冷循环氧化,还要考虑在循环过程中的热应力累积效应。     

钛基材上电化学沉积羟基磷灰石

通过电沉积法在经过阳极氧化的钛基材表面沉积磷酸钙盐涂层,再经碱热处理使磷酸钙涂层转变为羟基磷灰石涂层。扫描电镜(SEM)观察了阳极氧化后生成的TiO2纳米管的微观结构,以及生成的羟基磷灰石的形貌。X射线衍射仪(XRD)分析了涂层的相组成,同时测定了涂层与基体的结合强度。试验结果表明:电沉积涂层CaHPO4·2H2O经碱处理后转变为羟基磷灰石;电沉积添加双氧水与钛基材经过阳极氧化后使得涂层与基体结合强度有所提高。模拟体液浸泡试验表明涂层具有良好的生物活性。     

ZrSiN-HA涂层应用于纯钛种植体的实验研究

采用等离子喷涂技术在纯钛表面制备氮硅锆-羟基磷灰石(ZrSiN-HA)复合涂层并植入实验动物下颌骨.利用扫描电镜、电子万能材料试验机对比检测ZrSiN-HA、ZrSiN、HA与纯钛对照4组涂层的骨结合力,观测各组断裂区域的形貌,并分析复合涂层的表面形貌;用电化学腐蚀测试系统对比检测4组涂层的耐腐蚀性.试验结果表明,种植体表面喷涂ZrSiN-HA后较单纯喷涂HA的表面更加致密,结晶化明显;ZrSiN-HA涂层与其他涂层相比骨结合力最高,耐腐蚀性能最强.ZrSiN-HA涂层的应用有利于种植体的长期固位,可以应用于人体,对齿科修复体具有巨大的潜在应用价值.     

氮化处理对钛瓷结合强度的影响

研究了氮化处理对钛瓷结合强度的影响.试验表明纯钛试件经过辉光离子氮化处理后获得约10 μm厚的金黄色TiN膜层.氮化钛膜层表面呈胞状结构生长,膜层结构致密,未见显微孔洞和裂纹的存在.未氮化组与氮化组的钛瓷结合强度存在显著性差异,氮化组的钛瓷结合力明显高于未氮化组.微观分析表明钛表面氮化处理能有效防止金属钛的氧化,有利于提高钛瓷结合力.     

A structural and compositional analysis of a TiO<Subscript>x</Subscript> diffusion barrier for indium tin oxide/Si contacts

We investigated the structural and compositional changes of titanium oxides as a diffusion barrier between indium tin oxide (ITO) and Si under two different Ti oxidation conditions: (1) annealing of the Ti layer deposited on Si in air followed by ITO deposition (Type 1) and (2) annealing in nitrogen after the deposition of ITO/Ti on Si (Type II). The diffusion barrier layer in both samples namely the Ti layer oxidized under different conditions, consisted of two regions: a region composed of a mixture of silicide and titanium oxide near the Si substrate and a titanium oxide region near the ITO layer. However, the titanium oxide in the Type 1 samples was composed of TiO₂ and Ti₂O₃ phases, whereas Ti₂O₃ was dominant in the Type II samples. In addition, the Type I and II samples showed the formation of voids in the middle of the barrier layer and in the region near the ITO layer, respectively. Therefore, the electrical and optical properties of ITO/TiO_x/Si are dependent on the structural and compositional changes of the diffusion barrier layer.     

Finite element analysis of thermal stress in magnetron sputtered Ti coating

The thermal, shear and radial stresses generated in the Ti coating deposited on glass and Si substrates were investigated by finite element analysis (ANSYS). The four-node structural and quadratic element PLANE 42 with axisymmetric option were used to model the Ti coating on glass and Si substrates. The influence of deposition temperature, substrate and coating properties on the generation of thermal stress in Ti is analyzed. It is found that the thermal stress of Ti coating exhibits a linear relationship with deposition temperature and Young's modulus of the coating, but it exhibit an inverse relationship with the coating thickness. The results of simulated thermal stress are in accordance with the analytical method. The radial stress and shear stress distribution of the coating–substrate combination are calculated. It is observed that high tensile shear stress of Ti coating on glass substrate reduces its adhesive strength but high-compressive shear stress of Ti on Si substrate improves its adhesive strength.     

以Cu-Ti复合渗镀为先导的Si3N4陶瓷/金属钎焊连接

提出一种陶瓷表面多元离子复合渗镀合金化方法,采用该方法对Si3N4陶瓷表面进行Cu-Ti复合渗镀,然后在复合渗镀真空设备中进行渗镀Cu-Ti的Si3N4陶瓷与金属的钎焊.对Si3N4陶瓷表面的Cu-Ti渗镀合金层进行了EDS、XRD、SEM、OM测试分析和声发射划痕试验.结果表明,渗镀层中含有Cu、Ti、Fe、Si及Al元素,Cu、Ti分布比较均匀,渗镀合金层由Cu、CuTi2、TiSi2组成;声发射划痕试验结果表明,在100 N的最大载荷下,渗镀合金层与陶瓷基体未发生剥离和崩落现象.在100倍的光学显微镜及5000倍的电子显微镜下,钎焊接头中陶瓷/金属界面接合良好,无明显的宏观和微观缺陷.可在较低的真空度下实现陶瓷/金属钎焊,为陶瓷/金属钎焊连接提供了一个新方法.     

Ti/Cu/Ti部分瞬间液相连接Si_3N_4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间层在 12 73K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接 ,实验考察了保温时间对连接强度的影响。用SEM ,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析 ,并用扩散路径理论 ,研究了界面反应产物的形成过程。结果表明 :在连接过程中 ,Cu与Ti相互扩散 ,形成Ti活度较高的液相 ,并与氮化硅发生反应 ,在界面形成Si3N4 /TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2 /TiSi2 Cu3Ti2 (Si) /Cu的梯度层。保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度     

Ti／Cu／Ti部分瞬间液相连接Si3N4的界面反应和连接强度

用Ti/Cu/Ti多层中间导在1273K进行氮化硅陶瓷部分瞬间液相连接,实验考察了保温时间对连接强度的影响,用SEM,EPMA和XRD对连接界面进行微观分析,并用扩散路径理论,研究了界面反应产物的形成过程,结果表明：在连接过程中,Cu与Ti相互扩散,形成Ti活度较高的液相,并与氮化硅发生反应,在界面形成Si3N4/TiN/Ti5Si3 Ti5Si4 TiSi2/TiSi2 Cu3Ti2(Si)/Cu的梯度层,保温时间主要是通过影响接头反应层厚度和残余热应力大小而影响接头的连接强度。     

Alpha-Case Reduction Mechanism of Titanium Powder-Added Investment Molds for Titanium Casting

The surface alpha-case reaction of Ti casting using Ti powder-added investment molds was investigated. During the curing procedure, Ti powders (0, 10, and 50 mass%) were mixed with three types of investment mold materials (Al₂O₃, ZrSiO₄, and ZrO₂) to form an interstitial TiO₂ phase, which is an alpha-case reaction compound. The microstructure and surface hardness profiles of Ti castings with Ti powder-added investment molds indicated that the alpha-case thickness was significantly reduced from approximately 350 to 50-100 μm, and a remarkable reduction in the maximum micro-Vickers hardness value of the Ti casting surface was also achieved. As observed from the experimental results, the alpha-case reduction mechanism suggested that the phase transformation from TiO₂ to TiO not only acts as an effective barrier to O diffusion, but also reduces Al, Si, and Zr concentrations at the casting surface. This reduction might be caused by contact area reduction between the Ti powder-added investment molds and the Ti melts.     

电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究

本试验采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了Ti/Ni的扩散连接。研究了Ti/Ni两种材料发生界面扩散反应时新相的生成规律及其对连接强度的影响。利用扫描电子显微镜及能谱仪观察和分析了扩散层的显微组织、相组成和界面元素分布。采用万能试验机对扩散层的抗剪切性能进行了测试。研究结果表明,在电场作用下,Ti与Ni通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,界面处金属间化合物的生成次序依次为Ni3Ti、Ni Ti2、Ni Ti。当扩散温度≥750℃时,Ti表现出超塑性和良好的扩散性,促使扩散层中的Ni3Ti转变成富钛层,该富钛层的形成有利于接头强度的提高。界面的剪切强度随着电流的增大而增大,当电流为930~1200 A时,界面的剪切强度可达90.54 MPa。     

Investigation on reactive diffusion bonding of SiCp/6063 MMC by using mixed powders as interlayers

Mixed Al–Si, Al–Cu and Al–Si–SiC powders were used as interlayers to reactive diffusion bond SiCp/6063 MMC. The microstructure and the effects of bonding parameters on the shear strength of SiCp/6063 MMC joints were investigated. The results show that SiCp/6063 MMC joints bonded by using the interlayers of mixed Al–Si, Al–Cu powders have a dense joining layer of high quality. The mass transfer between the bonded materials and the interlayers during bonding leads to the hypoeutectic microstructure of the joining layers. Using mixed Al–Si–SiC powder as an interlayer, SiCp/6063 MMC can be reactive diffusion bonded by a composite joint. Because of the SiC segregation, however, there are a number of porous zones in the joining layer. This is responsible for the low shear strength of the joints, even lower than those reactive diffusion bonded by using the interlayers of mixed Al–Si and Al–Cu powders. Ti added in the interlayer obviously improves the joint strength reactive diffusion bonded by using the mixed Al–Si–SiC powder.     

激光熔化沉积Ti5Si3/NiTi双相金属间化合物合金耐磨性能

采用激光熔化沉积工艺制备出以块状Ti5Si3过渡金属硅化物为初生相、以Ti5Si3/NiTi共晶为基体的双相金属间化合物耐磨合金,在室温干滑动磨损条件下测试了Ti5Si3/NiTi合金的耐磨性能并讨论了其磨损机制。结果表明,由于Ti5Si3/NiTi合金良好的强韧性配合以及在磨损过程中磨损表面上形成了“无组织特征”的表面高硬度层,对合金有保护作用,合金在室温干滑动磨损条件下具有优异的耐磨性能和很低的载荷敏感性     

钼及钼合金表面高温防护涂层的研究进展

系统总结了国内外关于钼及钼合金表面高温防护涂层的最新研究成果，分析了钼在不同温度区间的氧化特征，并基于涂层组织结构稳定性、涂层缺陷、涂层与基体界面结合强度、界面物理和化学相容性、氧扩散等多方面，概述了钼及钼合金表面高温防护涂层的性能要求。归纳了现阶段应用于钼及钼合金表面的高温防护涂层体系，主要包括单一硅化物涂层、改性的硅化物涂层、硅化物基梯度复合涂层、铝化物涂层、耐热合金涂层和氧化物涂层，重点讨论了涂层的成分和结构对其抗高温氧化性能的影响。同时，对比介绍了钼及钼合金表面高温防护涂层常用的制备方法，主要包括料浆烧结法、包埋渗法、等离子喷涂法、熔盐法、化学气相沉积法、磁控溅射法等。最后，对钼及钼合金表面高温防护涂层现阶段存在的问题及未来发展方向进行了展望。