低弹性模量Ti-33Nb-4Sn,Ti-31Nb-3Zr-4Sn钛合金在模拟人工体液中的腐蚀行为研究

采用纳米压痕仪研究了Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金的力学性能。采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱研究了新型医用钛合金Ti-33Nb-4Sn、Ti-31Nb-3Zr-4Sn和对比合金Ti-6Al-4V在模拟人体体液中电化学腐蚀行为,并根据扫描电镜和X射线衍射仪对极化测试后的试样表面形貌和相结构进行观察。结果表明,Ti-33Nb-4Sn和Ti-31Nb-3Zr-4Sn合金具有较低的弹性模量;3种合金的腐蚀电流密度按Ti-6Al-4V、Ti-31Nb-3Zr-4Sn和Ti-33Nb-4Sn的顺序递增。     

生物医用Ti-Nb-Ta-Zr-Fe合金在林格溶液中的腐蚀行为（英文）

采用动电位极化方法研究Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(质量分数%)(TNTZF)合金37℃下在林格溶液中的抗腐蚀性能,并在同样的条件下用Ti-6Al-4V-ELI(低间隙)合金做对比实验。结果表明:TNTZF比Ti-6Al-4V-ELI合金表现出更高的腐蚀电位,更低的腐蚀电流密度,更加稳定的钝化电流密度和更宽的钝化区间,因此具有更加优越的抗腐蚀性能。除此之外,在Ti-6Al-4VELI合金的表面钝化膜上观察到了点蚀现象,但是在TNTZF合金表面没有发现点蚀现象。XPS分析结果表明:TNTZF合金表面钝化膜由TiO_2基体以及Nb_2O_5、NbO_2、Ta_2O_5、ZrO_2、TiO和Ti_2O_3等氧化物共同组成,从而使得钝化膜更加稳定且保护作用更强,因此TNTZF合金比Ti-6Al-4V ELI合金表现出更加优越的抗腐蚀性能。     

SPS烧结Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金在Ringer's模拟体液中的电化学腐蚀行为

采用放电等离子烧结技术制备了Ti-35Nb-7Zr-5Ta(Ti-Osteum)生物医用钛合金。以生物医用金属材料纯Ti(TA1)和Ti-6Al-4V(TC4)合金为对比材料,利用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了该合金在Ringer's模拟体液中的电化学腐蚀行为及其腐蚀机理。结果表明:与TA1和TC4合金相比,SPS烧结的Ti-Osteum合金在模拟体液中具有最小的腐蚀电流密度和较小的钝化电流密度、较大的容抗弧以及接近的腐蚀电位,从而显示了优于TC4和TA1的良好耐腐蚀性能。SPS烧结Ti-Osteum合金在模拟体液中耐腐蚀性优异的主要原因是具有单相β型组织,并且表面出现稳定的复合氧化物钝化膜。     

TC4钛合金表面沉积CrSiN/SiN纳米多层膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀磨损性能

为了研究纳米多层膜的耐腐蚀性能以及腐蚀磨损机理,采用离子源辅助磁控溅射在TC4钛合金表面制备不同调制周期的CrSiN/SiN纳米多层膜。使用扫描电子显微电镜、能谱仪表征涂层的微观结构、腐蚀形貌以及元素分布;使用划痕仪、纳米压痕仪、维氏硬度计测量涂层的膜基结合力、硬度、弹性模量及断裂韧性,采用电化学工作站以及销盘磨损仪测量涂层耐腐蚀性和腐蚀磨损性。结果表明:调制周期为90 nm与360 nm时涂层耐腐蚀性能较好,腐蚀电流密度分别为1.31×10~(-8)A·cm~(-2)和1.20×10~(-8)A·cm~(-2)。此外,调制周期为45nm时,涂层硬度及弹性模量最大,分别为(22.5±0.6)GPa和(226.4±6.3)GPa,且腐蚀磨损率最低,为9.67×10~(-7)mm~3·N~(-1)·m~(-1)。多层膜结构显著改善了TC4钛合金的耐腐蚀及腐蚀磨损性能。     

TC4表面沉积Nb涂层在模拟体液环境下的电化学性能研究

利用双阴极等离子溅射技术在Ti-6Al-4V (TC4)合金表面沉积Nb涂层,采用XRD、XPS和SEM研究涂层的组成及横截面形貌,并采用电化学工作站对涂层与基体的电化学性能及其钝化膜半导体特性进行研究.电化学测试均在模拟人体体液环境的Ringer's溶液中37℃下进行.结果 表明,Nb涂层厚度约为18 μm,无孔洞、...     

模拟PEMFC环境下纳米晶ZrC涂层钛合金双极板的性能研究

采用双阴极等离子溅射沉积技术,在Ti-6A1-4V合金表面制备了厚度为10μm、平均晶粒尺寸为12 nm的ZrC纳米晶涂层。研究了改性前后钛合金双极板在质子交换膜燃料电池环境中的耐腐蚀性能、导电性能以及憎水性能。结果表明:在模拟PEMFC阴/阳极环境中,纳米晶ZrC涂层的腐蚀电位明显高于Ti-6A1-4V合金,而腐蚀电流密度较Ti-6A1-4V合金降低约4个数量级。在+0.6 V阴极工作电极电位下,纳米晶ZrC涂层具有更快的成膜速率以及更高的钝化膜稳定性;而在–0.1 V阳极工作电极电位下,ZrC纳米晶涂层则呈现出阴极保护特征。     

309不锈钢纳米涂层在酸性溶液中的电化学腐蚀行为

用动电位极化、恒电位极化及交流阻抗技术研究了 309 不锈钢及其溅射纳米涂层在 0.25 mol/L Na2SO4 0.05 mol/L H2SO4 和 0.5 mol/L Nacl 0.05 mol/L H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为.结果表明,在 0.25 mol/L Na2SO4 0.05 mol/L H2SO4 溶液中,纳米涂层和不锈钢形成的钝化膜的抗腐蚀能力差别较小;而在 0.5 mol/L NaCl 0.05mol/L H2SO4 溶液中,纳米涂层的耐点蚀性能有了很大提高,这是由于纳米化使涂层表面形成的钝化膜更加致密、更加稳定;同时,通过容抗测量研究了纳米涂层和不锈钢钝化膜的电子结构,并提出了相应的腐蚀机制.     

N含量对ZrCuAl(N)涂层结构及抗腐蚀性能的影响

采用磁控溅射方法在ZrCuAl非晶涂层中掺杂不同含量N,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜等对涂层的显微结构进行表征,采用纳米压痕仪、显微硬度仪、划痕仪评估涂层的力学性能,通过极化试验评估涂层的抗腐蚀性能。结果表明,N掺杂可将涂层的硬度提高约3倍,弹性模量提高约2倍,结合力从1.51 N增加到22.76 N,但涂层的韧性有所下降。同时,N掺杂可使涂层发生钝化现象,提高涂层的耐腐蚀能力。当掺杂N原子数分数为35.8%时,涂层经极化试验后无点蚀现象,表面保持良好的形貌,无腐蚀迹象。因此,一定含量的N掺杂能同时提高Zr基非晶涂层的力学性能和耐蚀能力。     

TaC-Ag涂层的结构和摩擦学性能

为了揭示银对TaC涂层结构和摩擦学性能的影响,采用磁控溅射技术在Ti-6Al-4V钛合金表面制备了TaC和TaC-Ag涂层.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜及纳米压痕仪等检测了涂层的结构、表面和截面形貌及硬度;通过高温摩擦磨损试验检测了涂层的高温摩擦学性能.结果表明:TaC涂层为柱状晶结构,择优取向为T...     

Nb_2N涂层制备及其耐腐蚀性能研究

采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4 (Ti-6Al-4V)合金基体表面制备了Nb_2N涂层,利用XRD,SEM和EDS研究涂层的微观组织结构;使用划痕法测试了涂层与基体的结合力;采用开路电位(OCP)测量、动电位极化、电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试技术,研究所制备的Nb_2N薄膜在3.5%(质量分数) NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并与TC4基体进行比较。结果表明:所制备涂层分为过渡层和沉积层,涂层厚度约为21μm。涂层连续致密且光滑,没有明显孔洞或间隙。Nb_2N涂层相较于TC4基体开路电位到达稳态值时间较短且稳态值较高;Nb_2N涂层点腐蚀电位更高,腐蚀电流更低;涂层阻抗谱数据呈现单一容抗弧特性,容抗弧值高于TC4基体的,且相位角曲线最大值更大并且最大值处具有更宽的区间。     

医用钛合金表面纳米晶TiN梯度涂层的显微组织及腐蚀磨损性能（英文）

采用磁控溅射方法在Ti6Al4V钛合金表面制备纳米晶TiN梯度涂层,研究涂层的显微组织和力学性能,并对涂层和Ti6Al4V合金基体在生理环境中的电化学腐蚀行为和腐蚀磨损性能进行比较。结果表明:纳米晶TiN的梯度分布有利于释放涂层中的内应力,使粘附强度增加到90 N。致密的结构和细化的晶粒使涂层表面纳米硬度达到28.5 GPa,纳米晶TiN涂层的防腐蚀效率达到96.6%。与Ti6Al4V合金基体相比,纳米晶TiN涂层的耐腐蚀磨损性能提高了100倍。纳米晶TiN梯度涂层具有良好的化学稳定性和较高的H~3/E~2比(H为硬度,E为弹性模量),是改善耐腐蚀性能和抗磨损性能的主要原因。     

DLC、TiN涂层对TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的影响

为提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能,采用金属蒸汽真空弧(MEVVA)离子源注入与磁过滤真空阴极弧(FCVA)沉积复合技术、磁控溅射技术在TC4钛合金表面制备DLC、TiN涂层。采用SEM、Raman、XRD、纳米压痕仪和划痕仪等方法对涂层的物相结构、硬度、弹性模量以及与基体的结合力进行表征。在冲蚀试验平台上考核试样在不同入射角度条件下的抗砂尘冲蚀性能。结果表明:DLC涂层表面结构致密,含有大量sp3键,硬度为62.1 GPa,弹性模量为391.64 GPa,结合力达80.4 N;TiN涂层表面存在许多熔滴颗粒及空穴,硬度为22.72 GPa,弹性模量为383.18 GPa,结合力达34.7 N。30°冲蚀条件下,涂层主要是通过提高基体表面硬度来抵抗砂尘粒子的微切削作用,从而提高TC4钛合金的抗砂尘冲蚀性能。90°冲蚀条件下,涂层通过延缓基体的塑性变形来实现TC4钛合金抗砂尘冲蚀性能的提高。     

油气开采用钛合金石油管材料耐腐蚀性能研究

选取5种油气开发常用钛合金材料(Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo)为研究对象,使用高温高压釜模拟国内典型严酷服役工况环境,研究了不同钛合金材料耐均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂(SCC)及缝隙腐蚀的性能,通过使用扫描电镜和能谱分析等手段对腐蚀形貌和腐蚀产物进行了分析,并使用电化学方法对不同合金的耐腐蚀机理进行了研究。结果显示,在所测试工况条件下,所有钛合金材料腐蚀反应均为阳极控制过程,均匀腐蚀速率均低于0.001mm/a,并且对应力腐蚀开裂均有良好的抗力。Ti-6Al-4V和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo合金出现明显的点蚀和缝隙腐蚀问题。对腐蚀机理研究表明,在工况条件温度下,随着pH值的降低,所有钛合金均发生自腐蚀电位降低,极化电阻减小,腐蚀电流增大,耐腐蚀性能下降,其中Ti-6Al-4V耐腐蚀性能下降的最为明显,研究结果为油气开发工况下钛合金石油管的选材和缝隙腐蚀问题防治提供理论基础。     

Ti-6Al-4V合金氮离子注入后在Tyrode’s体液中的耐蚀耐磨性能

Ti-6Al-4V合金注入氮离子后,生物相容性、抗磨损性、抗疲劳性及抗腐蚀性均有所提高,其植入人体后在体液中的耐蚀耐磨性能尤为重要,目前对此研究较少。对Ti-6Al-4V合金进行氮离子注入,并在人工模拟体液Tyrode’s溶液中进行摩擦磨损和电化学试验,研究了注氮Ti-6Al-4V合金的耐蚀耐磨性能。采用扫描电镜观察腐蚀形貌,用其自带的能谱仪分析注氮层的元素组成,采用X射线衍射仪分析注氮层的结构。结果表明:Ti-6Al-4V氮离子注入后表面形成主要由TiC,Ti及少量TiO2组成的膜层,硬度提高,在Tyrode’s溶液中的腐蚀电位升高、极化电阻增大,阳极极极化电流密度降低;在Tyrode’s溶液中摩擦后的注氮Ti-6Al-4V合金的阳极极化电流密度大于未摩擦的,极化电阻减小;Ti-6Al-4V合金氮离子注入后的摩擦系数明显降低,比磨损率减少。     

Hank‘s人工模拟体液中离子注氮对4种植入金属材料腐蚀行为的影响

采用电化学测试技术研究了离子注氮对SUS316L不锈钢，Co-Cr合金，工业纯钛和Ti-6Al-4V植入合金在Hank’s人工模拟体液中腐蚀行为的影响。腐蚀电位和极化曲线的测量结果表明，注氮使4种植入金属材料的腐蚀电位正移，钝化电位区间扩大，耐蚀性明显提高。注氮的工业纯钛和Ti-6Al-4V合金的耐蚀性最佳，其钝化区拓宽为4V以上。通过AES分析发现，离子注氮后钛及其合金表面形成的氮化钛膜层及弥散的氮化钛析出相的化学效应，使基体电化学性能得到提高。注氮的Co-Cr合金的耐蚀性略优于SUS316L不锈钢。Co-Cr合金表面形成的钴氮化合物相对基体起到保护作用，降低了腐蚀速率。SUS316L不锈钢表面形成铁和铬氮化合物膜，有效地阻止了Cr^3 的水解，且氮离子注入促进Fe3O4的产生，提高了耐腐蚀性能。     

PCrNi3Mo钢表面磁控溅射CrAlN涂层的结构及力学性能分析

采用磁控溅射技术在PCr Ni3Mo钢表面沉积Cr Al N硬质涂层,利用激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对涂层的表面形貌、组织结构、硬度与弹性模量进行表征。结果表明,Cr Al N涂层表面较致密光滑,表面粗糙度为0.003 5μm。Cr Al N涂层的硬度和弹性模量分别为14.03 GPa和259.1 GPa,较基材显著提高。     

人工模拟体液中Ti,Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni形状记忆合金的缝隙腐蚀行为（英文）

采用电化学方法研究了工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA在Ringer’s人工模拟体液中缝隙腐蚀行为。Ringer’s人工体液中恒电位400 m V的试验结果表明,工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA缝隙试样均发生缝隙腐蚀,随着介质温度的升高,缝隙腐蚀倾向加剧。在Ringer’s人工模拟体液中Ti-6Al-4V合金的腐蚀电位较正,反应电阻增大,阳极极化性能优于工业纯钛和Ti-Ni SMA,提高了抗缝隙腐蚀性能。在Ringer’s人工模拟体液中推导出工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA缝隙试样的缝隙腐蚀动力学方程为:iT,CPTi=0.028 e-2×10-4 t,iT,Ti-6Al-4V=0.0149 e-3×10-4 t,和iT,Ti-Ni SMA=0.4712 e-7×10-4 t表明缝隙腐蚀过程受缝隙表面氯化物盐膜的溶解控制。     

纳米Fe-10Cr涂层电化学腐蚀行为影响研究Ⅱ.点蚀性能

利用动电位极化曲线、电化学阻抗谱图（EIS）和Mott-Schottky分析等电化学测试手段．探讨了Fe—10Cr纳米涂层在0.05mol／L H2SO4＋0.5mol／LNaCl溶液中的腐蚀行为．研究表明，与铸态合金相比，溅射纳米涂层表面钝化膜的化学稳定性和再钝化性能明显提高；二者的钝化膜均具有p型半导体结构特征．但溅射纳米涂层表面钝化膜的载流子密度和平带电位都比较低，导致钝化膜中金属离子的传输速度较低，纳米橡层表面钝化膜的化学稳定性增强。     

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。     

人工模拟体液中Ti,Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni形状记忆合金的缝隙腐蚀行为（英文）EI北大核心CSCD

采用电化学方法研究了工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA在Ringer’s人工模拟体液中缝隙腐蚀行为。Ringer’s人工体液中恒电位400 m V的试验结果表明,工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA缝隙试样均发生缝隙腐蚀,随着介质温度的升高,缝隙腐蚀倾向加剧。在Ringer’s人工模拟体液中Ti-6Al-4V合金的腐蚀电位较正,反应电阻增大,阳极极化性能优于工业纯钛和Ti-Ni SMA,提高了抗缝隙腐蚀性能。在Ringer’s人工模拟体液中推导出工业纯钛、Ti-6Al-4V合金和Ti-Ni SMA缝隙试样的缝隙腐蚀动力学方程为:iT,CPTi=0.028 e-2×10-4 t,iT,Ti-6Al-4V=0.0149 e-3×10-4 t,和iT,Ti-Ni SMA=0.4712 e-7×10-4 t表明缝隙腐蚀过程受缝隙表面氯化物盐膜的溶解控制。