TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

微弧氧化处理TC4表面微动磨损性能研究

利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备高硬度陶瓷涂层,研究其表面抗微动磨损性能。结果显示陶瓷涂层主晶相为Al2TiO5相,硬度不均匀,由结合层向表面呈现先增高后降低的趋势,最高硬度达1150 HV0.05,远高于钛合金基体的硬度。微动磨损试验结果表明,陶瓷层的致密层起到主要防护作用。磨损初期阶段,疏松层脱落、细化、堆积同时伴随摩擦副较为严重的磨损;稳定阶段为滑动磨损,致密层磨损轻微,摩擦副磨损严重,钛合金磨屑由摩擦副向致密层转移。     

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...     

电压对TC4钛合金表面微弧氧化膜层红外发射率的影响

在硅酸盐、磷酸盐及高锰酸钾的混合电解液中研究了不同电压对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）分析了膜层的微观形貌、相组成及化学成分,用傅里叶变换红外光谱仪测试了样品的红外发射率。结果表明,随着电压的升高,膜层的厚度、粗糙度及红外发射率持续增加,膜层中Ti O2与Ti的特征峰逐渐减弱,非晶相成为主要的组成部分。结合XRD与XPS分析结果可推断膜层中主要元素Si、P、Mn均以非晶态存在。当电压为540 V时膜层发射率有较大幅度的增加并达到最大,在8-20μm的波段范围内平均发射率可达0.84。     

用微弧氧化法在TC4合金表面制备含钙、铝、磷陶瓷膜

为提高钛合金的耐海水和生物腐蚀性能,在其表面用微弧氧化法生长一层含钙、铝、磷元素的陶瓷膜。经XRD、能谱、扫描电镜和电子探针测试,发现在钛基体上生长了一层厚约为15μm的均匀致密的陶瓷膜, 膜中存在磷和铝的晶态,钙以非晶态存在,钙、铝、磷之比约为2∶3∶4;通过循环伏安测试,发现有陶瓷膜层的钛合金的耐腐蚀能力明显增强。     

TC4钛合金表面激光冲击强化-微弧氧化涂层的组织和性能

通过激光冲击强化(LSP)在TC4钛合金表面制备细晶粒过渡层,再采用微弧氧化(MAO)制备LSP-MAO复合涂层,研究TC4钛合金表面MAO涂层及LSP-MAO复合涂层的显微组织、相结构、显微硬度和耐磨性。结果表明：激光冲击强化处理后,TC4钛合金衍射峰变宽,表层晶粒明显细化。与MAO涂层相比,LSP-MAO复合涂层表面的孔径更小,表面更加平整,显微硬度和强化层深度有所增加,其中激光冲击2次时显微硬度最高,达到636.3 HV0.025(距离表面30μm处),其强化层最大深度达到390μm。LSP-MAO涂层的耐磨性均优于MAO涂层,其中激光冲击强化2次时LSP-MAO复合涂层耐磨性最好。     

石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

在硅酸钠+磷酸钠体系溶液中添加不同含量的石墨粉,以其为氧化液对TC4钛合金进行表面微弧氧化。通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪及摩擦磨损试验机,研究了石墨含量对TC4钛合金微弧氧化膜表面形貌、元素分布、相组成及摩擦系数的影响。结果表明,石墨含量的增加对TC4钛合金表面微弧氧化膜的形貌无太大影响,氧化膜层呈多孔结构,膜层表面有块状石墨颗粒分布;膜层中的Ti、P、O元素含量相对稳定,Si、C元素含量略有波动;膜层主要由TiO2和Ti组成,石墨对膜层中TiO2的形成有一定的阻碍作用;微弧氧化膜中的石墨颗粒能够起到一定的减摩作用,随着石墨含量的增加氧化膜的平均摩擦系数从0.85降至0.54。     

用微弧氧化法在TC4合金表面制备含钙、铝、磷陶瓷膜陶瓷膜

为提高钛合金的耐海水和生物腐蚀性能,在其表面用微弧氧化法生长一层含钙、铝、磷元素的陶瓷膜.经XRD、能谱、扫描电镜和电子探针测试,发现在钛基体上生长了一层厚约为1 5μm的均匀致密的陶瓷膜,膜中存在磷和铝的晶态,钙以非晶态存在,钙、铝、磷之比约为234;通过循环伏安测试,发现有陶瓷膜层的钛合金的耐腐蚀能力明显增强.     

Ti6Al4V微弧氧化TiO2/W复合膜的制备及摩擦学性能

目的提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能。方法在硅酸盐-磷酸盐电解液中添加不同浓度的纳米W粉,利用微弧氧化技术在Ti6Al4V基体表面制备出氧化陶瓷膜。利用FE-SEM、EDS和XRD研究了在不同浓度W粉参与下的微弧氧化膜表截面微观形貌、元素分布及膜层相组成。通过旋转摩擦磨损试验评估了膜层的摩擦学性能。结果电解液中加入纳米W粉可以促进膜厚增长,尤其在含0.5～2 g/L纳米W粉时,膜厚呈近似线性增长;但W粉在膜层表面的附着会导致粗糙度的增大。在纳米W粉参与下,微弧氧化膜中除了锐钛矿、金红石和Al_2TiO_5相之外,W含量也随电解液中颗粒含量的增加而提高。在6 g/L纳米W粉复合下,微弧氧化膜的摩擦系数、比磨损率分别减小了约13.33%和3.53%。结论 W粉颗粒以机械啮合附着在氧化膜表面,部分颗粒随熔融氧化物包裹进入膜层并发现熔化迹象。W粉含量为6 g/L时,制备的氧化膜表面质量有所改善,即微孔和裂纹等有所减少,耐磨性较佳,摩擦系数和比磨损率较不含W粉的膜层均有所减小。     

Effect of Electrolytic Solution Concentrations on Surface Hydrophilicity of Micro-Arc Oxidation Ceramic Film Based on Ti6Al4V Titanium Alloy

在不同电解液浓度的钙盐和磷酸盐混合体系中对Ti6Al4V合金进行微弧氧化(MAO)以改善其微观结构和亲水性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的显微结构、物相组成、厚度以及亲水性能进行研究。结果表明:所制备的微弧氧化膜表面为粗糙多孔结构,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石。随磷酸二氢钾浓度升高,羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面多孔,且有较多含Ca、P的羟基磷灰石相,陶瓷膜的亲水性能提高,使得微弧氧化陶瓷膜的生物相容性得到提高。     

热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响

在873~1023 K保温10 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪,辉光光谱分析仪和光学显微镜分析热氧化层的特征。借助MFT-R4000往复式摩擦磨损试验机研究热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响。结果表明:Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续;热氧化温度对氧化层的形成、表面硬度和耐磨性有显著影响;973 K获得的氧化层表面硬度最高,磨损失重最低,磨痕宽度最小,耐磨性能最好。     

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。     

Ti6Al4V合金高频感应硬质氧化膜的制备

对在氧气中用高频感应氧化技术在Ti6Al4V合金表面生成氧化膜进行了研究,并测试及分析了不同处理温度和氧化时间对氧化膜生长速度,显微硬度的影响,研究表明,在800～950℃的温度范围内,膜层的厚度和显微硬度均随着处理温度的升高和氧化时间的延长而增加.     

超声处理对Ti6Al4V合金微弧氧化涂层结构和性能的影响

目的提高钛合金植入体的生物活性。方法采用Ti6Al4V合金在0.18 mol/L的Ca(CH_3COO)_2·H_2ONH_4H_2PO_4电解液体系中进行微弧氧化处理,并同时采用40 kHz和70 kHz的超声波分别对电解液进行超声振动处理。采用SEM、EDS、XRD技术分析超声辅助微弧氧化涂层的Ca/P比、相组成、表面形态和抗腐蚀性能。结果超声处理可降低微弧氧化起弧电压,处理时间5 min时降低了涂层的生长速度,而处理时间5 min时促进了涂层的生长。超声处理促进了阳极氧化速度,增加了等离子放电通道,降低了放电微孔直径,从而提高了疏松层的密度,促使疏松层和致密层界面处产生大量孔穴,涂层发生震碎和裂纹,并且增加了微弧氧化涂层的Ca/P比,促进了金红石相的生成,但对提高涂层耐蚀性效果不明显。结论超声处理改变了涂层成分、相含量及表面结构,且保持了涂层较好的耐蚀性,有利于提高涂层的生物活性。     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

温度对离子注入Ti6A14V表面改性影响

对Ti6Al4V 合金进行温度范围从100 ℃到600 ℃,注入剂量为:4×1017ions.cm-2氮离子等离子体源离子注入(N-PSII)。用俄歇电子能谱仪(AES)对注入样品进行元素深度分布剖面分析。用显微硬度及针盘磨损试验机测试表面改性的效果。利用X 射线衍射(XRD)分析表面改性层晶相的变化。用光学显微镜观察磨痕宽度。分析发现,当温度从 100 ℃升到600 ℃时,注入层厚度明显增加。其中,高温注入时获得较高的表面硬度和较好抗磨损性。XRD分析发现,随温度升高注入层表面形成TiN和Ti2N析出相。     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。