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...     

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.     

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。     

ZK60合金表面含纳米Y2O3微弧氧化涂层的体外降解、磨损性能和生物相容性(英文)

为了进一步降低镁合金微弧氧化(MAO)涂层的降解速率并提高其耐磨性能，通过在电解液中加入纳米Y₂O₃的方法，制备含纳米Y₂O₃的镁合金MAO涂层，并借助显微结构观察、磨损实验、电化学实验、浸泡实验和细胞毒性实验对其进行研究。结果表明，微弧氧化涂层中主要含有Ca₈YMg(PO₄)₇和Y₂O₃颗粒，Ca₈YMg(PO₄)₇能稳定涂层，纳米Y₂O₃能封闭微孔，从而降低涂层的降解速率，并提高其耐磨性。在Hank’s溶液中，涂层的降解速率从0.14 mm/a降至0.06 mm/a。在相同摩擦距离下，涂层体积损失从0.46 mm³降至0.27 mm³。MAO涂层具有良好的生物相容性，细胞相对增殖率(RGR)超过90%。含纳米Y₂O...     

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。     

电解液Ca/P比对微弧氧化钛合金涂层结构及性能的影响

采用微弧氧化技术在Ti-13Nb-13Zr合金表面制备HA/TiO₂复合涂层。通过改变电解液中Ca/P比值,研究不同Ca/P比对微弧氧化涂层的相组成及组织变化,以及对耐磨性、耐蚀性与体外生物活性的影响。结果表明:随着电解液Ca/P比增大,涂层粗糙度及孔隙率增大。涂层相组成以锐钛矿及金红石为主,金红石相含量随着电解液Ca/P比增大而增大。乙酸钙含量为35 g/L的电解液制备的CA35涂层厚度达80.59μm,表面Ca/P比为1.98,表现出最好的耐磨耐蚀性能。与基体相比,CA35涂层平均摩擦系数约为0.19,下降了43%。采用Pt参比电极和质量分数0.9%NaCl测试溶液对涂层的耐蚀性进行检测。CA35涂层的腐蚀电流密度为4.94μA/cm²,腐蚀电位为-221.73 mV。CA35涂层在Kokubo溶液中产生矿化产物的速度最快。研究发现适当提高电解液Ca/P比能有效促进HA的形成,提高涂层的耐磨耐蚀性能,过高的Ca/P比会导致涂层性能下降。此外,对Ca/P比对涂层性能的影响机理进行了探讨。     

氟钛酸钾添加对铝镁复合板微弧氧化涂层结构及耐蚀性的影响

为研究氟钛酸钾(K₂TiF₆)添加对Al-Mg复合板微弧氧化涂层结构和耐腐蚀性能的影响,在硅酸盐-氢氧化钠电解液体系中加入不同浓度的氟钛酸钾(0、1、2和3 g·L^-1),利用微弧氧化技术(MAO)在Al-Mg复合板表面制备陶瓷氧化物涂层。通过SEM、XRD、EDS和电化学工作站等对制备陶瓷氧化物涂层显微组织、相组成、形貌及耐蚀性能进行表征。添加K₂TiF₆后,Al-Mg复合板Al侧的涂层厚度、表面孔隙率和表面粗糙度随K₂TiF₆浓度的增加呈下降的趋势(24.2～18.4μm、6.8%～5.3%、3.55～2.23),Mg侧涂层呈上升趋势(21.0～26.6μm、3.6%～5.3%,3.35～4.33),此外涂层中的Ti和F元素含量增加,各样品的耐蚀性均有所提高。添加K₂TiF₆为2 g·L^-1时,两侧涂层的耐蚀性最好,其中R_t均比未添加的样品增加...     

纯钽表面微弧氧化“类骨小梁”状多孔涂层的细胞相容性

目的 提高医用纯钽的生物活性，利用微弧氧化(MAO)技术在其表面制备出“类骨小梁”状分级多孔涂层，并对比该涂层与传统“火山坑”状MAO涂层以及机械抛光纯钽表面在表面粗糙度、亲水性以及细胞相容性方面的差异。方法 使用0.1 mol/L Na₂B₄O₇和0.05 mol/L Na₃PO₄电解液在纯钽表面分别制备出“类骨小梁”状及“火山坑”状多孔涂层(分别命名为B-MAO和P-MAO涂层)。采用扫描电镜、X射线衍射以及X射线光电子能谱对不同结构涂层进行形貌观察和相组成分析，使用十字划格法评价涂层结合强度，使用激光共聚焦显微镜测定涂层的表面粗糙度，使用接触角仪测量其亲水性，并将小鼠前成骨细胞(MC3T3-E1)接种于材料表面，对比不同形貌状态对细胞铺展、增殖以及成骨分化的影响。结果 MAO涂层物相主要为Ta₂O₅。B-MAO涂层由于内部孔隙度高，应力释放充分，涂层结合强度高，而P-MAO涂层则因具有分层现象和较大的残余应力，易从基体剥落。抛光...     

2024铝合金表面PEDOT涂层的电化学制备及耐腐蚀性能

分别采用循环伏安法和恒电流法在2024铝合金基底上电沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)涂层,考察在3种电解质溶液(高氯酸锂(LiClO₄)和十二烷基硫酸钠(SDS)水溶液,邻苯二甲酸氢钠(C₈H₅NaO₄)和SDS水溶液,六氟磷酸四丁铵(TBAPF₆)乙腈溶液)中聚合3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)对PEDOT涂层生长和形貌的影响。通过电偶腐蚀、电化学阻抗谱(EIS)和扫描振动电极技术(SVET)研究PEDOT涂层与铝合金基底之间的相互作用。结果表明,TBAPF6不仅对基底具有钝化和缓蚀作用,而且能够显著降低EDOT的氧化电位。恒电流法制备的涂层表面呈球状团聚且完整致密。电偶腐蚀和EIS结果表明,PEDOT涂层阻隔了腐蚀介质并使基底钝化,其阻值在DHS溶液(3.5 g/L (NH₄)₂SO₂+0.5 g/L NaCl)中浸泡3 d后达到最大。SVET结果表明,破损的PEDOT涂层能够促进表面电荷离域,避免电...     

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。     

纯钛材与大变形纯钛材微弧氧化膜层的力学性能研究

采用微弧氧化法在纯钛材及大变形纯钛材表面制备了含钙、磷的多孔氧化膜层,研究膜层的微观形貌、硬度、膜基结合力、滚动摩擦磨损性能等性能,探讨钛基材组织细化对其膜层结构及力学性能的影响。结果表明:与纯钛材微弧氧化膜层相比,大变形纯钛材微弧氧化膜层表面微纳米尺度的孔洞更多,孔隙率更高(10.84%vs.9.68%),孔洞孔径更小(8.67μm vs.9.68μm),表面更平坦,锐钦矿相含量更高(43.13%vs.37.74%),膜-基结合能力更强(17 N vs.8N),摩擦系数较低(0.338 vs.0.358),耐磨性能更优,以上的膜层结构及力学性能的改善归因于其钛基材大变形化提高了晶体缺陷。     

钛合金表面GO/HA/MAO复合膜层的制备及其性能

为了改善钛合金种植体在体液中的腐蚀及摩擦腐蚀行为,延长其在人体环境中的服役时间,在微弧氧化 (MAO)膜层上采用溶胶凝胶(Sol-gel)法于羟基磷灰石(HA)和氧化石墨烯(GO)的混合溶胶中浸渍提拉成膜,从而在 Ti6Al4V 合金表面成功地制备了 GO/ HA/ MAO 复合膜层。 结果表明,MAO 膜层表面的微孔及微球被 GO/ HA 薄膜有效的覆盖且较为致密;膜层的物相组成主要为金红石相及锐钛矿相的 TiO₂、HA、SiO₂ 和GO;根据电化学腐蚀和摩擦腐蚀结果分析知,GO/ HA/ MAO 复合膜层在模拟体液(SBF)中的耐蚀性及耐摩擦腐蚀性相比于 MAO 膜层和 Ti6Al4V 基体均得到了显著提高。     

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。     

Influence of sodium silicate concentration on properties of micro arc oxidation coatings formed on AZ91HP magnesium alloys

In a base solution containing 10 g/L sodium hydroxide and 12 g/L phytic acid, the influence of sodium silicate concentration on the formation and properties of anodic coatings obtained by micro arc oxidation (MAO) on magnesium alloys was systematically studied. The results demonstrate that sodium silicate can increase the solution conductivity, decrease the final voltage and change the coating color. Amorphous magnesium silicate is detected and the silicon content in the coatings continually increases with the increasing of sodium silicate concentration. Silicate ions can simultaneously combine with magnesium and aluminum ions to develop anodic coatings, while phytic acid radicals preferentially react with magnesium ions. Sodium silicate can further improve the corrosion resistance of MAO treated magnesium and the coating shows the best corrosion resistance in the base solution with 10 g/L sodium silicate.     

316L表面激光熔覆复合等离子体电解氧化制备多孔陶瓷涂层及其生物应用（英文）

为了提高316L不锈钢的生物活性,采用激光熔覆(LC)技术在316L不锈钢表面制备钛层,然后利用等离子体电解氧化(PEO)技术在钛层上形成多孔陶瓷涂层。采用三维表面轮廓仪、SEM、EDS、XRD和XPS等测试方法对涂层试样的形貌、微观结构和组成进行表征。通过动电位极化曲线和模拟体液(SBF)浸泡试验,分别对涂层的耐腐蚀性和生物活性进行评价。结果表明,多孔陶瓷涂层主要由锐钛矿和金红石组成,并检测到高结晶HA。陶瓷涂层的主要元素为Ca、P、Ti和O。在模拟体液中,LC+PEO复合生物涂层比316L基质具有更优异的耐腐蚀性,并且复合涂层能有效提高316L不锈钢的生物活性。     

钛合金微弧氧化医用涂层形成机制

利用微弧氧化技术在钛合金表面制备了医用涂层,通过SEM观测不同氧化阶段涂层形貌,并分析各阶段微弧放电特性。研究了两极电化学反应过程,建立了工作液负载等效电路,提出了钛合金微弧氧化生成羟基磷灰石医用陶瓷涂层机制。结果表明,电压会直接决定试样表面的电荷分布,增加表面电荷积累,增强工作液中带电钙、磷粒子的扩散和电泳程度,从而加速涂层物质的瞬间反应。     

电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。     

纯钛表面载骨碎补提取物涂层的制备与性能

为了提高纯Ti的生物活性和抗感染性,采用微弧氧化(UMAO)制备多孔涂层,并以植酸(PA)偶联骨碎补提取物(ERD),并分析涂层结构、形貌及性能。结果表明,随着ERD浓度的提高,纳米颗粒增多,有PO43-,P2O74-和O=P-O-生成;载药12.5g/L的膜层摩擦磨损系数低,膜层结合力较高,为亲水涂层,膜层的电位提高了0.32V,自腐蚀电流降低一个数量级,模拟体液浸泡有羟基磷灰石(HA)生成。纯钛表面通过超声微弧氧化,植酸偶联载药的耐蚀性,结合力,生物活性均有提高。     

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。     

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.