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。     

高低温交替海洋环境Ti6Al4V合金的腐蚀损伤机理

目的 探究高低温交替海洋服役环境中Ti6Al4V合金的腐蚀损伤失效过程,揭示高温氧化、沉积盐膜、频繁启动工作模式耦合作用下合金的腐蚀损伤与退化机理。方法 采用高温氧化、高温氧化-盐雾交替和高温氧化-海水浸泡交替试验方法,对Ti6Al4V合金腐蚀失效行为进行了全面评估;利用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)与扫描电子显微镜(SEM)等微尺度检测分析仪器,全面解析了合金损伤失效过程中表面物相结构、腐蚀产物成分及表/截面形貌特征。结果 650 ℃氧化400 h后,Ti6Al4V合金表面氧化层(TiO2+Al2O3)生长致密且均匀;经50循环高温氧化-盐雾交替试验后,Ti6Al4V合金遭受加速腐蚀损伤,表面存在明显点蚀,氧化层出现分层剥落;经50循环高温氧化-海水浸泡试验后,Ti6Al4V合金腐蚀损伤进一步加速,但氧化层生长迅速,整体增重达5.167 mg/cm²。结论 高温氧化过程中Ti6Al4V合金表面氧化层呈缓慢均匀生长特征,具有优良的抗氧化性。高低温交替工作模式加速了氧化膜快速生长与结构破坏,Cl^‒的浓度对Ti6Al4V合金表面氧化层的降解具有显著驱动作用,且Cl^‒浓度越高腐蚀降解越严重。随着样品表面氧化层的致密性和完整性被破坏,混合盐逐渐侵入氧化层内部,加剧了氯化物的挥发,表明Ti6Al4V合金在高低温交替环境下抗腐蚀性较差。     

碱热处理对TC4合金微弧氧化膜生物活性的影响

利用微弧氧化技术在Ti6Al4V合金表面制备含钙、磷的多孔TiO_2涂层(记为MAO),并对涂层进行碱热处理(记为MAONH).结果表明:MAONH膜层的相结构和MAO膜层的大有不同,它主要由TiO_2(金红石型和锐钛矿型)、钛酸钙相组成.钙和磷离子在MAONH膜层表面比在MAO膜层表面更容易沉积,其原因是钛酸钙在模拟体液浸泡时发生水解,生成大量的Ca~(2+)和OH~- 离子,Na~+和OH~-离子同模拟体液中的Ca~(2+)和PO_4~(3-)离子发生离子交换,导致磷灰石在MAONH膜层表面沉积.     

钛表面微弧氧化+碳膜的制备与表征

为提升钛金属与碳膜的界面结合,增强涂层的防护作用,利用微弧氧化(MAO)技术在钛表面快速简易制备出与基体为冶金结合的多孔层结构,并以此为基采用离子束复合磁控溅射技术制备碳膜。采用SEM+EDS、AFM分析所制备膜层的微观结构,借助划痕仪、磨损试验机和电化学工作站表征膜层的结合力和性能。结果表明：表层碳膜并不能完全覆盖微弧氧化层的微孔,同时Ti基体表面微弧氧化层可有效增加表层碳膜与Ti基体的结合力;Ti基体/MAO层/碳膜的膜基体系在摩擦磨损过程中,摩擦系数小且波动很小,磨痕宽度最小,表现出最为优异的摩擦学性能;而新设计复合膜层的耐蚀性较传统的Ti基体/Ti打底层/碳膜的膜基体系要差,这与表层碳膜较薄,复合膜层仍呈现出微弧氧化层多孔特征有关,其导致腐蚀介质易于通过微孔而降低耐蚀性。     

稀土改性Fe-Al层表面Al2O3 薄膜的物相分布

在760 ℃下采用稀土改性包埋渗铝以及原位氧化方法制备Fe-Al/Al₂O₃复合涂层,研究了渗铝层和氧化膜的微观组织和相分布。结果表明,稀土改性渗铝层可分为3层：外层渗铝层、过渡层和内扩散层。渗铝层主要由FeAl相和Fe₃Al相组成。FeAl相主要集中在渗铝层的外层,为Al₂O₃氧化膜的选择性氧化提供了有利条件。氧化膜表面呈α-Al₂O₃脊状结构。此外,表面氧化铈的存在是由于氧化初期Ce向外扩散且与O₂的优先反应。氧化膜可分为2层,即纯α-Al₂O₃层和主要由α-Fe(Al)和Al、Fe、Ce的混合氧化物组成的过渡层。     

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。     

Al2O3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响研究

为了研究添加Al₂O₃微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al₂O₃微粉电解液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al₂O₃表面电荷,讨论了掺杂改性机理。结果表明,加入Al₂O₃微粉后,氧化电压随Al₂O₃添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO₄等相组成。     

Cr_2O_3微粒对Ti6Al4V微弧氧化膜结构及磨损行为的影响

在电解液中加入Cr2O3微粒对Ti6Al4V合金进行微弧氧化处理,通过SEM、XRD及摩擦试验分析Cr2O3微粒复合对微弧氧化膜微观结构及摩擦磨损行为的影响。结果表明:加入Cr2O3微粒后,复合膜表面孔隙减少,耐磨性提高,膜层中出现了Cr2O3相。随着电解液中Cr2O3微粒的增加,复合膜厚度增加,Cr2O3相衍射峰不断增强,TiO2相逐渐减少,Al2TiO5相趋于消失。在0.5~1.5 g/L内,复合膜的摩擦系数随Cr2O3微粒的增加而减小;加入量为1.5 g/L Cr2O3微粒时,复合膜的耐磨性最好。     

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。     

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。     

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。     

钛合金表面GO/纳米ZnO复合涂层的制备及性能

为了有效解决生物医用钛合金长期植入人体后,易发生细菌感染和面临有害金属离子释放的问题,采用水热反应和涂覆方法,分别在聚多巴胺(PDA)预处理的Ti6Al4V合金表面制备了氧化石墨烯涂层(GP/T)和氧化石墨烯/纳米氧化锌复合涂层(GZP/T)。系统分析了2种涂层的物相结构、微观形貌及其在林格氏液中的耐腐蚀性能和在大肠杆菌环境中的抗菌性能。结果表明:聚多巴胺发挥“双面胶”桥接作用,有效增强了涂层与基底间的化学键合;GP/T涂层抗菌率随着GO浓度增大而增大;GZP/T纳米复合涂层相较Ti6Al4V基材具有优异的耐蚀性,该复合涂层中ZnO起主要抗菌作用。     

Effect of Spray Distance on Microstructure and Tribological Performance of Suspension Plasma-Sprayed Hydroxyapatite–Titania Composite Coatings

Hydroxyapatite (HA)–titania (TiO₂) composite coatings prepared on Ti6Al4V alloy surface can combine the excellent mechanical property of the alloy substrate and the good biocompatibility of the coating material. In this paper, HA–TiO₂ composite coatings were deposited on Ti6Al4V substrates using suspension plasma spray (SPS). X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Fourier infrared absorption spectrometry and friction tests were used to analyze the microstructure and tribological properties of the obtained coatings. The results showed that the spray distance had an important influence on coating microstructure and tribological performance. The amount of decomposition phases decreased as the spray distance increased. The increase in spray distance from 80 to 110 mm improved the crystalline HA content and decreased the wear performance of the SPS coatings. In addition, the spray distance had a big effect on the coating morphology due to different substrate temperature resulting from different spray distance. Furthermore, a significant presence of OH^? and CO₃ ^2? was observed, which was favorable for the biomedical applications.     

Effects of Micro-Arc Oxidation of Ti6Al4V Alloy on Adhesion Property to Electroless Ni-P-ZrO2 Composite Platings and Their Wear Resistance

在Ti6Al4V合金微弧氧化膜表面制备Ni-P-ZrO2化学复合镀层,微弧氧化处理时间分别为15、30、60、90 min。采用扫描电镜/能谱仪、划痕试验、热震试验、显微硬度计和球盘式摩擦磨损试验机研究了微弧氧化膜结构对Ni-P-ZrO2化学复合镀层的结合性能与摩擦性能的影响。结果表明：随着微弧氧化时间的增加,复合镀层的结合性能显著提高,原因是微弧氧化膜的多孔性结构及其机械锁合效应。与Ti6Al4V合金相比,微弧氧化+化学复合镀处理后的试样硬度和耐磨性显著提高,Ti6Al4V合金表现为是严重的黏着磨损,而Ni-P-ZrO2复合镀层以磨砺磨损为主     

The examination of corrosion behaviors of hap coated Ti implant materials and 316L SS by sol-gel method

In this research, hydroxyapatite (HAP) coatings have been produced on Ti, Ti6Al4V alloy and 316L stainless steel substrates by sol-gel method. (NH₄) · H₂PO₄ is taken as P precursor and Ca(NO₃)₂ · 4H₂O is taken as Ca precursor to obtain HAP coating. Additionally, three different pretreatment processes (HNO₃, anodic polarization, base-acide (BA)) have been applied to Ti, Ti6Al4V alloy and 316L stainless steel substrates. The corrosion behaviors of bare and HAP coated samples are examined in Ringer and 0.9% NaCl. HAP coated Ti have showed over 87.85% inhibition. HAP coated Ti6Al4V alloys have showed over 87.33% inhibition. In Ringer solution, 99.24% inhibition has been showed in HAP coated anodic pretreatment for 316L stainless steel. All pretreatment processes are effective on clinging of HAP coating to the surface. It is seen that impedance values have increased in HAP coatings (Ti and Ti6Al4V). HAP coatings have raised the corrosion resistance of Ti and Ti6Al4V. The values of polarization resistance in HAP coated samples have increased for 316L stainless steel in 0.9% NaCl and Ringer solutions. It is seen in SEM images that open pores and attachments among pores have been observed in the coating, which increases osteointegration. It is noted in EDX analyses of the surfaces of the HAP coated samples that there is only Ca, O, and P on the surface. Ca/P ratio varies in 1.84–2.00 ranges. As Ca/P ratio increases, the inhibition increases too. It is seen in XRD images of HAP powder that there are HA ate structures. Additionally, it is seen in FTIR analysis, characteristic HA absorption bands have occurred in sintered powders.     

AZ91镁合金表面含Ti生物复合涂层结构及腐蚀学性能

采用冷喷涂法在AZ91合金表面预置纯Ti涂层,再采用微弧氧化对Ti涂层进行仿生生物改性.用SEM、XRD、EDS等方法分析涂层的组织结构,用动电位法测试涂层的腐蚀学性能.结果表明:冷喷涂预置Ti层厚度约100 μm,外表面形貌粗糙.微弧氧化处理后在Ti层表面产生微弧放电孔.生物改性层主要由Ti_2O_3组成,还含有少量钙、磷等物质.微弧氧化层有利于提高冷喷涂Ti层的生物学活性和致密性.含Ti复合涂层显著提高AZ91合金在模拟体液(SBF)中的自腐蚀电位(提高了约0.3 V),表明含Ti生物复合涂层具有良好的抗腐蚀性能.     

Characterization of plasma-sprayed hydroxyapatite/TiO2 composite coatings

To enhance the bonding between hydroxyapatite (HA) coating and titanium alloy substrate, HA/TiO₂ composite coatings have been fabricatedvia plasma spraying. Bonding strength evaluation, simulated body fluid tests, and cell culturein vitro were carried out to characterize the composite coatings. The results obtained showed that the addition of TiO₂ to HA coating improved the bonding strength of the coating significantly. After being immersed in simulated body fluid (SBF) for a period, the surfaces of HA/TiO₂ composite coatings were completely covered by carbonate-containing apatite, which indicated that the coatings possess good bioactivity. Thein vitro cell culture indicated good cytocompatibility for HA/TiO₂ composite coatings.     

AZ31B镁合金表面微弧氧化-溶胶凝胶复合膜层干、湿热交替条件下耐蚀性研究

采用微弧氧化与溶胶凝胶技术在AZ31B镁合金表面制备微弧氧化-溶胶凝胶复合膜层,并于干、湿热交替盐雾腐蚀环境下,对复合膜层的耐蚀性进行研究。结果表明,随腐蚀时间的延长,复合膜层宏观表面出现白色斑点,且斑点数量逐渐增多。微观形貌分析表明,试样原始复合膜层表面存在一定数量的微裂纹及孔洞,随干、湿热交替盐雾腐蚀的进行,复合膜层表面局部应力状态发生变化,膜层表面微裂纹及孔洞减少、减小,裂纹边缘处复合膜层有轻微剥落现象。在干、湿热交替腐蚀环境中,复合膜层划格实验评级结果均为0级,膜基结合状态良好;电化学分析表明,在腐蚀实验过程中腐蚀电位未发生明显改变,均保持在约-1.43 V,复合膜层具有良好的耐蚀性。     

Microstructure and corrosion resistance of modified 2024 Al alloy using surface mechanical attrition treatment combined with microarc oxidation process

A top ceramic coating was fabricated on the surface mechanical attrition treatment (SMAT) modified nanocrystalline layer of 2024 Al alloy by microarc oxidation (MAO) process. The corrosion resistance of the SMAT-MAO composite coating was studied by EIS. The results show that SMAT-MAO composite coating with 10 μm top ceramic coating exhibited better corrosion resistance, while the SMAT-MAO coating with the thickness of 15 μm showed worse corrosion resistance compared with those simple MAO coatings with same thickness. The formation of a dense passive film at the damaged region caused by the bottom nanocrystalline interface contributed to the improved corrosion resistance property.     

电泳沉积法制备HA/Ti0，复合涂层

羟基磷灰石是一种最有发展前途的生物材料之一.采用电泳沉积方法在钛合金基体上制备了HA/TiO2生物陶瓷涂层.将HA和TiO2粉体分散到正丁醇溶液中,再加入三乙醇胺,通过zeta电位确定了稳定的悬浮液中三乙醇胺和HA/TiO2的含量.研究了沉积电压和电泳时间对HA/TiO2涂层形貌和沉积量的影响.制得均匀致密涂层的适宜电压范围为250～350V.研究结果表明:由于电场强度随沉积时间改变,HA/TiO2沉积量随着沉积时间的增加表现出2段沉积速率不同的线性增长.