负向电流对钛合金微弧氧化形成生物陶瓷膜的影响

目的研究负向电流密度对TC4钛合金在含Ca-、P-的电解液体系中微弧氧化形成生物陶瓷膜的影响,为钛合金微弧氧化生物学改性提供参考。方法采用交流脉冲微弧氧化技术在TC4合金表面制备生物陶瓷膜,通过SEM、EDS、XRD、EIS观察分析不同负向电流密度下微弧氧化膜的生长过程、膜层结构及化学组成,利用划痕实验表征了负向电流密度对膜/基结合强度的影响。结果钛合金在含Ca-、P-的电解液体系中微弧氧化时,陶瓷膜均由金红石Ti O2、锐钛矿Ti O2及少量的钙磷非晶态化合物组成,但随着负向电流密度的增加,膜层中Ca、P含量小幅提高,锐钛矿Ti O2的占比逐渐减少,Ca/P摩尔比则始终保持在1.67左右。负向电流的加入虽然会使膜层生长速率下降,但膜层表面的微裂纹明显减少,膜层与基体之间的结合强度有所提高。加入3 A/dm2负向电流后,氧化膜开裂的临界载荷(Lc)由未加负向电流时的(15.1±0.5)N增加至(19.9±0.5)N。结论加入负向电流,可以提高膜/基界面结合强度,减少氧化膜中的裂纹缺陷,理论上更利于保证钛合金植入体与骨骼粘结成功。     

在Na_2SiO_3溶液中NiTi合金的微弧氧化

在硅酸钠溶液中对NiTi合金进行了微弧氧化处理。结果表明,NiTi合金在Na2SiO3溶液中,微弧氧化过程分为2个阶段,即缓慢电压增长区和电压跃升区。微弧氧化获得氧化物层为Ti的氧化物。微弧氧化后表面硬度比NiTi要高出2倍以上。在NiTi合金微弧氧化过程中,首先是NiTi合金中的Ni氧化以离子形式溶解进入溶液,而Ti保留在合金表面。然后NiTi合金表面的Ti层在阳极电压下氧化形成绝缘层。当表面绝缘层达到一定厚度后就发生起弧现象。     

铝合金微弧氧化黑色陶瓷膜着色机理

利用微弧氧化技术在6063铝合金表面制备了黑色陶瓷膜层,根据对微弧氧化工艺因素的分析以及对膜层化学组成和相结构的检测,探讨了黑色膜层的显色机理。结果表明,在以适量的硅酸钠(Na2Si O3)和多聚磷酸钠(Na5P3O10)为主盐、钒酸铵(NH4VO3)为着色剂的电解液体系中,且仅施加正向电压,在铝合金表面可以形成以γ-Al2O3为主要组成相的陶瓷膜。亚稳定的γ-Al2O3对在正向电场作用下迁移到试样附近的VO-3离子的吸附,VO-3离子在等离子弧高温下反应形成黑色的V2O3,是黑色陶瓷膜形成的主要机制。     

金属复合材料微弧氧化研究进展

微弧氧化是一种在阀金属(Al、Mg、Ti等)及其合金表面原位生成陶瓷膜的表面处理技术。利用微弧氧化技术获得的膜层与基体结合力强,能改善材料的耐磨、耐蚀、耐热冲击以及绝缘性等性能。以微弧氧化的发展和成膜机理作为切入点,比较了单一合金与金属复合材料微弧氧化处理的异同,发现机理的研究主要围绕电击穿理论展开,具有阀金属特性的第二相有助于复合材料微弧氧化的进行,而其他的第二相则会阻碍微弧氧化成膜,使机理研究变得复杂。综述了电解液及添加剂、电压、电流密度、频率和占空比、温度和处理时间等对金属复合材料微弧氧化过程,及膜层微观结构、相组成、厚度、硬度以及耐磨、耐蚀性能的影响。最后指出了复合材料微弧氧化目前存在的问题,提出了需要从加强机理研究、优化工艺的参数、改进微弧氧化设备以及与其他技术相结合等研究方向着手,以进一步加快金属基复合材料微弧氧化处理及改善陶瓷膜的性能,推进微弧氧化技术的应用。     

阳极电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜的影响

在相同电解液条件下,采用微弧氧化技术在2A12铝合金表面制备陶瓷膜,考察了阳极电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜生长速率和膜层密度的影响,利用电子扫描电镜观察了陶瓷膜的表面形貌.结果显示,随着阳极电流密度的增加,陶瓷膜生长速率加快,陶瓷膜微孔尺寸增大,陶瓷膜密度受电流密度和微弧氧化时间双重因素的影响.     

电解液中Ca2+、Mg2+对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化陶瓷膜表面形貌的影响

在Al2O3陶瓷的烧结过程中，添加剂MgO和CaO起着极其重要的作用。本文主要研究在微弧氧化过程中，电解液中加入Ca^2＋、Mg^2＋后，ZAlSi12Cu2Mg1合金微弧氧化陶瓷膜表面形貌的变化。SEM结果表明：微弧氧化陶瓷层由大小不相等的表面具有放电气孔的颗粒组成，在基础电解液中加入Ca^2＋后，生成的陶瓷膜层与添加Mg^2＋的电解液中生成的陶瓷膜层相比，表面较平整、陶瓷颗粒形状比较均匀，且表面有大约2μm的树枝状晶体，但还没有完全生长。微弧氧化膜层表面有明显的热裂裂纹存在，且这些裂纹穿过放电气孔。膜层表面不均匀的分布有细小的浅色颗粒。     

6061铝合金微弧氧化陶瓷膜层生长规律与性能研究

在铝酸盐、磷酸盐和硅酸盐3种电解液体系中,利用微弧氧化技术在6061铝合金表面原位生长陶瓷膜,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对陶瓷膜层的微观结构、相组成、元素分布及显微硬度进行分析。结果表明:3种陶瓷膜均为疏松层和致密层组成的双层结构,膜层表面存在许多微孔;陶瓷膜均由α-Al2O3和γ-Al2O3组成,γ-Al2O3衍射峰强度高于α-Al2O3在磷酸盐和硅酸盐体系中,微弧氧化陶瓷膜表面分别含有P和Si元素,表明电解液中的离子参与成膜过程;在铝酸盐中制备的陶瓷膜显微硬度优于其它2种体系,可达到16350MPa,比6061铝合金硬度提高了10倍。     

6061铝合金微弧氧化着色工艺研究

采用微弧氧化工艺对6061铝合金手柄表面进行处理,研究了电解液的成分及浓度、微弧氧化电参数对氧化膜耐磨性和颜色的影响.结果表明:随着氧化时间和电流密度的增加,膜层与基体的结合强度增大,但电流密度过大会烧蚀膜层;在电解液中添加KMnO_4可以获得黑色陶瓷膜,添加Na_2 WO_4可制备黄色陶瓷膜;改变电解液成分及浓度、微...     

KOH体系下负向电压对ZAlSi12Cu2Mg1微弧氧化膜形成的影响

负向电压对微弧氧化陶瓷膜形成有极其重要的影响。电解液组成变化时,负向电压也必须作相应调整,才能确保微弧氧化过程的稳定和氧化膜的质量。在含mSiO2·nH2O的KOH复合电解液中,在负向电压60~140 V的条件下对ZAlSi12Cu2Mg1合金进行微弧氧化。采用电涡流测厚仪、SEM和XRD对陶瓷膜进行表征,研究了负向电压对厚度、表面形貌、相组成及耐磨性的影响。结果表明:随着负向电压增大,膜厚增加,膜层中有显微裂纹存在;负向电压为120 V时,膜厚达到186.7μm,耐磨性好。膜层主要由Mullite及α-Al2O3相组成,但衍射谱中α-Al2O3相峰强较高。     

锆合金微弧氧化陶瓷膜结构和耐蚀性的研究

在磷酸盐电解液体系中,利用微弧氧化技术在Zr702合金表面原位生长了陶瓷膜,通过扫描电镜、X射线衍射和电化学分析等方法研究了陶瓷膜的表面形貌特征、组织结构及耐腐蚀性能.结果表明:在磷酸盐电解液体系中形成的微弧氧化陶瓷膜主要由单斜氧化锆(m-ZrO2)和四方氧化锆(t-ZrO2)相组成,膜层表面较为致密、平整;腐蚀试验表明:与锫合金相比,经过微弧氧化处理,合金的腐蚀电位上升,腐蚀电流密度下降,表明微弧氧化后合金的抗腐蚀能力得到较大提高.     

20% Al2O3-SiO2(sf)/AZ91D镁基复合材料微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀性能

在磷酸盐体系电解液中,对20%(体积分数)硅酸铝短纤维(Al2O3-SiO2)增强AZ91D镁基复合材料进行微弧氧化表面处理获得陶瓷层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析陶瓷层的表面形貌、截面组织和相组成,采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)测试评价微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀性能。结果表明,该陶瓷层主要由MgO和MgAl2O4相组成。陶瓷层的腐蚀电流密度比镁基复合材料基体低3个数量级,电化学阻抗大幅升高,耐腐蚀性能明显高于复合材料基体     

AZ91D镁合金微弧氧化膜的腐蚀行为研究

利用双向全波脉冲电源对AZ91D镁合金在硅酸盐体系中进行了微弧氧化处理,通过电化学阻抗谱(EIS)测试、极化曲线分析并结合XRD和SEM等分析方法对微弧氧化处理的镁合金腐蚀行为进行了研究.结果表明,微弧氧化膜表面分布着几微米的微孔,微弧氧化膜中主要含有MgF2,Mg2SiO4和Al2O3.AZ91D镁合金经过微弧氧化处理之后,耐蚀性能明显提高,自腐蚀电流密度降低3个数量级,自腐蚀电位高出约300 mV,阻抗值高出3个数量级,研制的微弧氧化膜对镁合金具有很好的防腐保护性能.     

NiTi形状记忆合金微弧氧化陶瓷层的制备及其工艺性研究

通过微弧氧化的方法在NiTi形状记忆合金表面制备陶瓷层.在微弧氧化之前,用常温王水对NiTi形状记忆合金进行去镍选择性腐蚀,并与工业纯钛和未经王水腐蚀的合金试样进行对比,研究了其表面形貌、相组成和微弧氧化的工艺性.研究结果表明:王水腐蚀10 min的NiTi形状记忆合金试样,微弧氧化工艺性及陶瓷层表面形貌与工业纯钛同一...     

6061铝合金表面新型黄色微弧氧化陶瓷层的制备与表征

目的 研究6061铝合金表面新型微弧氧化黄色陶瓷层的制备工艺,并对其微观结构、成分、硬度、耐蚀性能等进行表征。方法 在以Na2SiO3为基础的电解液中加入Na2SnO3进行微弧氧化处理,制备出黄色微弧氧化陶瓷层,并与传统白色、黄色、黑色微弧氧化陶瓷层作对比。采用SEM和EDS分析膜层表面形貌和元素分布,借用XPS对膜层进行成分表征,使用硬度计测试其表面硬度,采用电化学工作站和人造海水腐蚀实验评价陶瓷层的抗腐蚀性能。结果 随着电解液中Na2SnO3浓度的增加,陶瓷层中Sn元素含量增加,Si元素含量减少,陶瓷层黄色饱和度不断增强。黄色含Sn陶瓷层制备过程中,电解液中的SnO32-在高温高压下转化为SnO2,导致陶瓷层硬度达到365HV,高于白色与黑色陶瓷层。在3.5% NaCl溶液中进行电化学测试,黄色含Sn陶瓷层的腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为9.34×10-9 A/cm2和-0.34 V,耐蚀性优于白色和黄色含Mn陶瓷层。结论 在电解液中添加Na2SnO3可在铝合金表面生成具有较高硬度和耐蚀性能良好的类似沙漠黄色的陶瓷层,为铝及其合金在多领域的应用奠定了一定的实验基础。     

Porous TiO2 film prepared by micro-arc oxidation and its electrochemical behaviors in Hank's solution

Porous titanium oxide film was prepared by micro-arc oxidation (MAO) method on the surface of titanium alloy in electrolyte containing Ca and P. Surface characterizations of the film were carried out using X-ray diffractometer (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectrometer (EDS) before and after immersion in Hank's solution. Electrochemical behaviors and corrosion resistance were studied by electrochemical techniques. The film was mainly composed of titania, α-tricalcium phosphate (α-TCP) and amorphous Ca-P compounds. α-TCP and amorphous compounds could transformed into hydroxyapatite (HA) when immersed in Hank's solution. MAO film showed higher corrosion potential and lower corrosion current than the titanium alloy and its chemical stability was slightly changed after formation of HA. Fitted electrochemical impedance spectroscopy (EIS) data indicated that after immersion for 2 weeks the MAO film kept good corrosion resistance. Porous TiO₂ film on titanium alloy by MAO method showed good chemical stability in Hank's solution and the transformation of Ca-P compounds into HA indicated that MAO was an effective method for preparing titanium alloys as bioactive artificial bone substitute even when Ca and P in the tissue environment were not abundant.     

Mg-Li合金表面浅绿色超疏水复合膜层的制备及耐蚀性能研究

通过微弧氧化着色技术在Mg-Li合金表面生成浅绿色类陶瓷膜层,并在着色膜表面有机镀膜复合改性。用蒸馏水在镀膜表面的静态接触角以及动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试,分别研究复合改性前后润湿性及耐蚀性。结果表明,微弧氧化着色表面通过有机镀膜生长了一层有机薄膜,接触角由近0°变为169.2°,实现了超亲水到超疏水的功能转化。Mg-Li合金基体经微弧氧化着色改性后,耐蚀性能明显提高,经复合改性后耐蚀性能进一步提高;与基体相比,超疏水复合膜在0.1 mol/L NaCl溶液中的动电位极化腐蚀电流密度减小3个数量级,电化学阻抗提高3个数量级。     

Morphology and phase composition of MAO ceramic coating containing Cu on Ti6Al4V alloy

A ceramic coating containing Cu element was prepared on Ti6Al4V alloy using micro-arc oxidation(MAO)technology.After copper ions were added to the electrolyte solution of aluminate salt,the anode voltage in MAO process reduces,and the micropore size on the surface of the ceramic coating is more uniform.The crystalline phases of the ceramic coatings prepared in the electrolyte solutions with and without copper ions are mainly Ti element,rutile TiO_2,and anatase TiO_2.The addition of copper ions to the electrolyte solution makes rutile TiO_2 content decrease but promotes the formation of Al_2TiO_5 phase.Energy spectrum test results confirm that by adding copper ions to the electrolyte solution,the ceramic coating formed in the process of MAO contains copper element.     

锆合金表面微弧氧化陶瓷膜制备及特性分析

采用交流微弧氧化方法在一种锆合金表面制备出保护性陶瓷膜。采用SEM、EDS、XRD分析了陶瓷膜的表面形貌、截面组织、成分和相组成,并测量了微弧氧化前后锆合金的极化曲线,以评估陶瓷膜的电化学腐蚀特性。结果表明,膜层较为致密,并与锆合金结合良好。陶瓷膜由m-ZrO2、t-ZrO2、S iO2相所组成,其中S iO2相主要分布在外层膜里。微弧氧化处理后,锆合金的腐蚀电位上升,腐蚀电流密度下降,它的抗腐蚀能力得到较大提高。     

微弧氧化钛合金的电化学腐蚀行为

采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备了多孔陶瓷层,研究了其在Hank′s模拟体液中的电化学腐蚀行为,利用SEM和XRD分析了其表面形貌和物相组成。结果表明,微弧氧化合金的自腐蚀电位升高约0.3V,提高了TC4钛合金在生物体液环境下的化学稳定性。在钛合金植入体电位范围内,微弧氧化处理可明显提高极化电阻,减少腐蚀电流1~2个数量级。随腐蚀时间的延长,TC4钛合金表面钝化膜逐渐发生腐蚀,而微弧氧化膜浸泡初期HA的形核及生长是电极反应中最活跃部分,2周后表面形成均匀的HA薄膜,表现出良好的抗电化学腐蚀性能。     

镁合金微弧氧化复合膜研究进展

微弧氧化（MAO）表面处理技术常用于改善镁合金的特定性能,但MAO膜容易产生微孔和微裂纹从而降低镁合金的耐蚀性。为了提高镁合金微弧氧化膜的使用寿命,主要综述了国内外MAO工艺过程调节措施和MAO膜后处理技术的最新研究进展,重点介绍了近年来国内外镁合金MAO复合膜的研究热点。着重介绍了通过工艺过程调节提高镁合金MAO膜长期保护性能的几项措施：通过电参数和电源类型调节协同电解液成分调整提高MAO膜耐蚀性;通过加入电解液添加剂提高MAO电解液稳定性和电导率;利用具有自封孔作用的添加剂可以参与成膜的特点提高MAO膜致密性;通过复合工艺在MAO膜传统封孔后进一步封闭孔隙。此外,详细介绍了包括疏水涂层、化学镀、类金刚石涂层、生物膜涂层等复合膜工艺的研究进展,强调了复合膜不仅耐蚀性高而且具有功能化应用前景：超疏水复合膜对镁基底具有主动的腐蚀保护作用,超疏水膜协同MAO膜可以提高表面的疏水性;镀镍层致密无微孔且与MAO膜交错咬合能够改善镁MAO膜的导电性和耐蚀性;MAO涂层代替金属缓冲层能够提高类金刚石涂层和基体界面结合强度;生物复合涂层不仅耐蚀性高还具有促进细胞增殖和分化生物活性的作用。最后,基于镁...