电压对钛表面微弧氧化陶瓷层特性的影响

为了提高钛表面的生物活性,利用微弧氧化技术在钛表面制备了含有钙磷的多孔二氧化钛陶瓷层。研究了施加电压对多孔微弧氧化层的平均孔径、表面粗糙度、相成分、钙磷含量以及Ca/P原子比的影响。结果表明,随着微弧氧化电压的升高,平均孔径、表面粗糙度、膜层中钙磷含量以及Ca/P原子比都逐渐增大,膜层的相成分由锐钛矿逐渐向金红石转变,并且膜层中逐渐有羟基磷灰石生成。     

纳米TiO2薄膜的制备及其表面形貌AFM观测

采用溶胶-凝胶法在玻璃载波片及ITO导电玻璃片上制备出负载型纳米TiO2薄膜,并用原子力显微镜(AFM)对不同条件下制备的TiO2的表面形貌进行了表征.结果表明,TiO2薄膜能较好地负载在玻片表面,并且TiO2薄膜的表面形貌与前驱物的配比浓度、基片、热处理温度等都有密切的关系.随浓度和镀膜层数的增大,薄膜中TiO2纳米微晶的颗粒尺寸逐渐增大,从细小均匀粒子膜变为较大不规则的板块结构.在ITO薄膜面形成的TiO2薄膜具有较小的颗粒和均匀的分布.     

阳极TiO_2薄膜两步施加电压法制备参数对其形貌的影响

Ti的硫酸阳极氧化中硫酸的腐蚀性不足以溶解TiO2阻挡层,采用高温、高电压又会使膜纳米孔的孔径大于200 nm,使其应用范围受到限制.采用两步施加电压的方法,对钛阳极进行阳极氧化处理,以期在不同的工艺条件下制备具有不同孔径和孔密度的氧化钛薄膜.使用扫描电子显微镜考察了初始电压、终态电压、电解液温度、氧化时间等工艺参数对阳极氧化钛薄膜形貌的影响.结果表明,初始电压对氧化钛薄膜形貌的影响是通过改变电解液/阻挡层之间的界面条件来实现的;随着阳极氧化时间的延长纳米孔的孔径减小,孔密度增大;提高电解液的温度不影响纳米孔的形成过程,但对氧化钛薄膜的生长过程产生了比较大的影响.     

A12O3／TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来，二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料，TiO2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面，目前，TiO2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是TiO2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术，在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的A12O2／TiO2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺；表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性；详细分析了复合薄膜的光催化性能，并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明：电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素，合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的Al2O3／TiO2复合薄膜，H2SO4-Al2O3/TiO2复合薄膜经热处理，表面有锐钛矿结构TiO2生成，TiO2的晶粒尺寸在纳米量级；TiO2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化，且TiO2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右；三种类型Al2O3／TiO2复合薄膜的表面形貌存在较大差异，这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同；三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性；通过Fe离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后，复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善；由薄膜形成机理的分析可知，TiO2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

HNO3处理对TiO2纳米薄膜的光催化活性和表面微结构的影响

通过sol-gel工艺分别在钠钙玻璃和预涂SiO2涂层的钠钙玻璃基体上制备了TiO2光催化纳米薄膜．然后用1mol／L HNO3水溶液对煅烧后的薄膜进行酸处理。用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和紫外可见光谱(UV—VIS)对酸处理前后TiO2纳米薄膜进行了表征。用甲基橙水溶液的光催化脱色来评价TiO2薄膜的光催化活性。结果表明：SiO2涂层能有效阻止钠离子从玻璃基体向TiO2薄膜的扩散，普通玻璃表面的TiO2纳米薄膜经HNO3处理后，薄膜的光催化活性明显增强。这是由于TiO2纳米薄膜中的钠离子浓度降低以及表面羟基含量增加的缘故。     

中频交流反应溅射TiO2薄膜的制备及性能研究

利用中频交流磁控溅射设备用金属Ti靶制备出了TiO2薄膜。用椭偏仪测试了TiO2薄膜的厚度和折射率,用俄歇电子能谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和紫外及可见光分光光度计分别测试了TiO2薄膜的表面成分、表面形貌、晶体结构及其紫外及可见光透射谱,并初步探讨了工艺因素对薄膜性质的影响。实验结果表明：所制备的氧化钛薄膜O／Ti比符合化学计量比,而且O／Ti比随O2流量的变化不大;TiO2薄膜结构主要为锐钛矿型;薄膜表面致密;TiO2薄膜光学性能较好,透射比较高;但O2流量较低时透射比明显下降。     

非平衡磁控溅射法Ti/TiO2薄膜的制备及分析

在光学玻璃衬底上利用新型非平衡磁控溅射技术沉积了Ti／TiO2薄膜。原子力显微镜分析表明，薄膜表面光滑、致密、均匀，表面粗糙度（Ra）小于10nm，组成薄膜的颗粒尺寸小于100nm。膜厚测量分析表明，TiO2薄膜的沉积速率达110nm／min。在拉曼光谱中，没有出现晶态TiO2薄膜的散射峰，表明所得TiO2薄膜为非晶结构。利用紫外-可见光全反射谱分析了薄膜的光学性能，结果发现，单纯TiO2薄膜存在微弱吸收，在波长约550nm时出现最大反射率，其后波长越大，吸收率越高；在Ti/TiO2薄膜体系中，随着沉积的Ti膜的厚度增大，Ti薄膜界面的反射率增大，薄膜吸收率提高；在玻璃衬底的正反面均沉积适当厚度的Ti／TiO2薄膜时，能够获得不同的色彩效果；根据薄膜干涉特征，计算所得TiO2薄膜的折射系数约为3．0。另外，所得TiO2薄膜不存在明显光电效应。     

掺银离子TiO2薄膜的结构及与不锈钢基板的界面反应

采用溶胶-凝胶法在不锈钢表面制备掺银的TiO2薄膜,研究氧化处理对不锈钢表面Ag/TiO2抗菌薄膜组成和性能的影响,利用X-射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等对经氧化处理和未经处理的不锈钢表面Ag/TiO2薄膜进行比较,研究薄膜的结构、界面反应特征及机制.发现:未经氧化处理的不锈钢由于其中的铁原子进入薄膜与TiO2反应形成钛酸铁固溶体薄膜;经氧化处理后不锈钢表面形成一层比较致密的氧化铁层,阻止了不锈钢内部的铁原子扩散进入薄膜与TiO2反应,表面同时形成钛酸铁和锐钛矿型的TiO2薄膜;锐钛矿型的TiO2与银离子反应形成钛酸银,既保持了银离子的高杀菌性能(样品的6小时抗菌率达到100%),同时又不至使金属银形成而使材料变色.在未经氧化处理的不锈钢表面,掺银TiO2薄膜中的银离子转化为单质银,抗菌性能低.     

电流密度对复合氧化法制备涂层结构的影响

对TiO2薄膜涂层的结构、形貌、元素组成、硬度进行了观察和测量,研究了电流密度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔TiO2涂层的结构和性能的影响.结果表明:电流密度对多孔TiO2涂层的结构和性能有很大影响.随着电流密度的增加,涂层的锐钛矿型TiO2含量减少,金红石型TiO2含量增加,涂层表面微孔孔径增加,凹凸起伏变得明显,显微硬度增加,钙磷原子比也发生了变化.当电流密度为20,40,60,80和100 mA/cm2时,涂层的钙磷摩尔比为1.22,1.60,1.89,2.01,2.12.在40 mA/cm2电流密度下可得到结构和性能较理想的多孔TiO2梯度涂层.     

浸渍法在聚丙烯基体上负载二氧化钛薄膜

采用TiO2浆料浸渍法在聚丙烯塑料上负载纳米二氧化钛薄膜.研究了不同表面处理方法、表面处理条件和浆料固相含量对TiO2薄膜的形成和结构的影响.用扫描电镜观察了TiO2薄膜的表面形态,用傅立叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱分析了表面处理后聚丙烯表面所带基团、原子及化学态.研究表明,经过离子溅射表面镀Ti膜处理和表面磺化处理后,可改善聚丙烯表面与TiO2粒子间的亲和度,以镀Ti膜的表面形成的TiO2薄膜结构较均匀致密.表面磺化处理存在最佳时间,时间过长,会使表面产生点蚀,影响成膜质量.最佳处理时间与磺化速率有关.浆料中TiO2含量越高,浆料粘度越大,膜越容易开裂和脱落,较低粘度的浆料可获得结构较均匀的膜.     

TC4钛合金微弧氧化因素对生物陶瓷膜中Ca,P相对含量的影响

为了提高钛合金陶瓷膜的生物相容性,采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备了一层富含Ca,P的生物活性陶瓷膜。采用SEM,EDS,XRD研究了电流密度、溶液中Ca,P摩尔比、添加剂EDTA.2Na浓度对膜层中Ca,P相对含量(原子分数)及Ca,P摩尔比的影响及微弧氧化生物陶瓷膜层的形貌及组成。结果表明:随着电流密度的增大,膜层中的Ca,P相对含量增加,Ca,P摩尔比也逐渐增加;增大溶液中Ca,P摩尔比,膜层中Ca相对含量有所增加,Ca,P摩尔比也逐渐增加;当加入添加剂EDTA.2Na时,膜层中的Ca相对含量显著增加,从而使膜层中Ca,P摩尔比显著增加;氧化膜由致密的内膜层和多孔的外膜层构成,主要由Ca,P,O,Ti,V元素组成,其相成分主要为金红石和板钛矿型TiO2,并含有一定量的非晶相Ca,P化合物。     

柠檬酸和EDTA-2Na对钛合金微弧氧化膜性能的影响

为研究柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)对钛合金微弧氧化膜性能的影响,在含有Ca,P元素的溶液中对钛合金进行微弧氧化处理,对添加配位剂前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性能和显微硬度进行了研究.结果表明,CA和EDTA-2Na均能促进微弧氧化膜中羟基磷灰石的形成,其中CA使氧化膜中Al的比例降低至2.7%;EDTA-2Na则促进CaTiO3的形成,并使氧化膜表面Ca/P原子百分比提高至1.83.加入上述两种配位剂后,微弧氧化膜均能保持良好的润湿性能.虽然加入配位剂后氧化膜的显微硬度有所下降,但仍接近Ti6Al4V合金基体硬度的2倍.     

A study of the physical,chemical and biological properties of TiO2 coatings produced by micro-arc oxidation in a Ca–P-based electrolyte

In this work, a porous and homogeneous titanium dioxide layer was grown on commercially pure titanium substrate using a micro-arc oxidation (MAO) process and Ca–P-based electrolyte. The structure and morphology of the TiO₂ coatings were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy, and profilometry. The chemical properties were studied using electron dispersive X-ray spectroscopy (SEM–EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy. The wettability of the coating was evaluated using contact angle measurements. During the MAO process, Ca and P ions were incorporated into the oxide layer. The TiO₂ coating was composed of a mixture of crystalline and amorphous structures. The crystalline part of the sample consisted of a major anatase phase and a minor rutile phase. A cross-sectional image of the coating–substrate interface reveals the presence of voids elongated along the interface. An osteoblast culture was performed to verify the cytocompatibility of the anodized surface. The results of the cytotoxicity tests show satisfactory cell viability of the titanium dioxide films produced in this study.     

铝合金微弧氧化电流密度的临界条件研究

为了改进微弧氧化能耗高、处理效率低的问题,以6061变形铝合金为试验材料,2%磷酸盐溶液为导电介质,在25 ℃下,利用MAO200/750微弧氧化设备对微弧氧化的电流密度和起弧时间、起弧电压和试样面积、起弧电压与占空比以及起弧时间与占空比等之间的关系进行了研究.结果表明:本工艺条件下,铝合金微弧氧化的临界电流密度为0.2 A/dm2;起弧电压随试样面积的增加而呈正比增加;起弧时间随着占空比的减小而缩短;占空比越小,起弧电压越高.     

双步微弧氧化技术制备纯钛梯度膜层的研究

采用微弧氧化技术,以β-甘油磷酸钠和乙酸钙混合溶液为电解液,对样品进行预微弧氧化-微弧氧化复合工艺制备出含有羟基磷灰石与梯度结构的生物活性功能膜层。采用XRD、SEM、EDS等对膜层的相组成、形貌以及成分结构进行了分析,结果表明,预微弧氧化形成较小孔径结构的致密阻挡层,可以阻止基体金属离子向体内释放;进一步采用微弧氧化技术在预处理的样品表面制备出含羟基磷灰石的多孔生物活性功能膜层,使整个膜层沿垂直基体方向从致密结构的底层向多孔结构的表面层逐渐变化,膜层的成分从生物稳定性的底层向生物活性的表面层梯度变化;膜层表面成分主要由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和低结晶程度的羟基磷灰石等相构成,具有梯度结构特征的膜层既保持了膜层的生物活性,又保证了膜层与基体具有高的结合强度。     

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90~240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。     

Micrometer level structural and chemical evaluation of electrodeposited calcium phosphate coatings on TA6V substrate by STEM-EDXS

Hydroxyapatite (HA) coatings on titanium alloy substrates Ti6Al4V have been prepared in our laboratory by electrodeposition and hydrothermal synthesis. In this paper, the morphology, crystal size, porosity and Ca/P atomic ratio are investigated using scanning electron microscopy (SEM), scanning transmission electron microscopy (STEM), Raman microspectroscopy and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDXS). The results obtained show that after being hydrothermally treated and calcined at high temperature, the electrodeposited brushite coating is converted into a stoichiometric hydroxyapatite having a crystal size which changes considerably from the surface to the substrate alloy. In addition, variation of the surface coating porosity as a function of the electrolyte temperature has also been carried out.     

医用钛合金微弧氧化膜的制备及其生物适应性能

在钛及钛合金表面生成羟基磷灰石（HA）来制备生物材料是医学应用中亟待解决的问题。利用微弧氧化工艺在Ti合金表面制备了HA膜,研究了膜层在模拟体液中浸泡前后的形貌、相结构、Ca与P原子分数比,并分析了膜层在模拟体液中的降解和沉淀机制以及浸泡后的耐磨性。结果表明：膜层在模拟体液中随浸泡时间延长而逐渐变厚;浸泡20d后膜层中...     

钛表面含银HA／TiO2复合微弧氧化膜的初步制备

本文利用微弧氧化技术,在钛基体表面制备了含银的HA／TiO2膜层,所用电解液由磷酸二氢钠（NaH2PO4·2H2O）、醋酸钙（CH3COO）2Ca·H2O）和氧化银（Ag2O）组成。分别利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射仪（XRD）对膜层的表面及断面形貌、膜层元素组成及膜层相结构进行了分析。结果显示,所制备的微弧氧化膜主要由Ca、P、Ag、O和Ti几种元素组成,其相组成主要为金红石和锐钛矿型的二氧化钛,并含有羟基磷灰石。膜层中Ag元素的加入,使所得膜层除了可具有羟基磷灰石的生物活性外,还有望具有良好的杀菌作用。