纯钛微弧氧化膜制备工艺的优化

优化了纯钛微弧氧化膜的制备工艺。将用优化后工艺制备的微弧氧化膜进行碱化处理,然后置于模拟体液(SBF)中培养,以观察其生物活性的优劣。采用正交设计法优化了实验方案,用综合评分法分析了氧化膜的孔隙率、孔密度和孔直径,确定最佳工艺条件为:正向电压400 V,占空比60%,频率550 Hz,氧化时间25 min。对在最佳工艺条件下制备的膜层进行了XRD、SEM和EDS测试,结果表明:优化工艺后生长的膜层由锐钛矿型的TiO2组成,陶瓷层表面分布大量微孔,孔隙率为0.70×108,孔密度为12%,孔径约为3μm。经碱化处理的膜层置于模拟体液中培养14 d后,膜层表面被生长出的类骨磷灰石完全覆盖,证明其具有良好的生物活性,且生长出的缺钙型磷灰石与人体自然骨成分相似。但是,随着培养时间的延长磷灰石层发生溶解。     

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。     

纯钛表面微弧氧化膜纳米压入法研究

微弧氧化是一项较新的等离子体化学-电化学成膜技术，硬度和弹性模量是膜的基本微区力学性能。采用交流微弧氧化方法的铝酸盐溶液中在TA2纯钛表面制备出较厚的氧化膜，利用纳米压入法测定了膜的硬度和弹性膜量，并探讨了微弧放电对氧化膜相组成和性能的影响。研究结果表明：膜的显微硬度和弹性模量分布有相似的变化规律，从膜表层到膜内部，硬度和弹性模量逐渐增加，并在内层膜达到最大值，分别为9.78GPa和176GPa，比钛基体高的多；膜不同浓度处TiO2金红石和TiAl2O5相的相对含量变化决定了硬度和弹性模量的分布。     

纯钛微弧氧化阳极工艺过程模型的建立及实验研究

对纯钛微弧氧化陶瓷膜在工艺过程中的生长规律进行了实验研究,分析了陶瓷层表面形貌、厚度、相结构等不同生长阶段的特点.基于微弧氧化工艺过程阳极等效电路,建立了电极电压、电流密度、频率、占空比、时间等工艺参数对陶瓷膜性能影响的理论模型.模型分析结果表明:在陶瓷层成膜后,随着膜层厚度的增加,金红石相TiO2相对含量增加;膜层厚度不变时,工艺过程趋于停止.模型分析与实验结果是吻合的,为提高陶瓷膜层性能并改善微弧氧化工艺提供了理论基础.     

电化学及热处理氧化对商业纯钛耐蚀性能的影响

利用电化学氧化、热处理氧化对商业纯钛进行表面处理.不同的氧化电压和时间将产生不同形貌的氧化钛膜,电压过大时会生成很多的瘤状氧化物.热处理氧化后,钛表面生成均匀金红石和锐钛矿型混合氧化物膜,并且氧化膜下会出现Ti-O固溶体构成的渗氧层.在酸性含氯溶液和碱溶液中比较不同处理后钛板的腐蚀性能,在2种腐蚀介质中所有材料均随电位升高进入钝化区.在酸性溶液中,电化学氧化处理后钛板的腐蚀电流、维钝电流密度最小;在碱性溶液中,虽然热处理氧化对应维钝电流密度最小,但其钝化电位区间比电化学氧化对应电位区间窄.扫描电镜分析表明,热处理氧化膜随电位升高局部出现破损,而未经过表面处理的钛板,局部区域发生沿晶腐蚀.     

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。     

高能喷丸预处理对钛表面组织及生物活性微弧氧化层的影响

为了提高钛表面的生物活性,利用微弧氧化工艺分别在普通粗晶钛和表面高能喷丸细晶钛上制备了多孔TiO2氧化层。经光镜和透射电镜观察,喷丸钛表面形成厚度40μm,直径100～200nm的等轴晶结构层。利用扫描电镜(带能谱分析)和X射线衍射仪对氧化层表面形貌、成分和相组成进行分析。结果表明,高能喷丸钛的表面生成的氧化层中含有α-Ca3(PO4)2相且钙磷百分含量提高。在粗糙的高能喷丸钛表面,微弧氧化速度在不同位置有所不同,氧化层与基体形成微机械咬合,基层结合力提高。     

TA2纯钛微弧氧化陶瓷膜层的颜色和性能

在添加乙酸铜、乙酸镁的磷酸-氟锆酸钾电解液中对纯钛TA2基体进行微弧氧化处理,制备出颜色均匀的浅棕色陶瓷膜层。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)及附带的能谱(EDS),研究了陶瓷膜的表面和截面形貌、元素分布、相组成;用分光光度计测量了膜层的颜色,根据热震试验和三点弯曲法评价了膜层与基体的结合强度。结果表明:随着微弧氧化时间的延长,膜层中铜镁元素的含量增加,膜层的颜色随之发生变化,膜层与基体的结合强度降低。热震实验结果表明,膜层与基体有较高的结合强度。     

纯钛材微弧氧化电参数对陶瓷层组织结构的影响

以往就纯钛材表面微弧氧化陶瓷层表面积对提供羟基磷灰石生长条件的研究不多,为此,在Na2HPO4电解液中,采用微弧氧化法在纯钛材表面制得多孔结构的二氧化钛陶瓷层.研究了正向电压、频率对微弧氧化陶瓷层组织结构的影响.结果表明,随正向电压升高,膜厚增加,孔径增大,表面变得粗糙;随频率的增加,膜层表面变得光滑,孔径减小,膜厚减...     

水管用Q235碳钢微弧氧化膜氧化动态性能表征

研究了不同氧化时间下水管用Q235碳钢MAO膜的孔隙率与孔径分布状态并利测试了膜的摩擦性能。研究结果表明:在Q235碳钢MAO膜的表面形成了具有明显“火山口”外形的微观形态。当氧化时间增加后,在MAO膜表面形成的孔隙数量也不断降低,膜表面孔隙率不断减小。当氧化时间增加后,粗糙度也不断增大,膜厚度也不断增大,但增长速率不断降低。所有MAO膜试样都达到了比碳钢基体更大的摩擦系数,摩擦系数表现为随氧化时间增加而升高。在碳钢表面生长一层MAO膜可以显著减小磨损率。当氧化时间增加后,MAO膜磨损率先增大后降低。当氧化时间增加后,磨痕深度先增大后减小。     

钛合金微弧氧化膜的性能探讨

钛合金微弧氧化膜具有优良的综合性能,但过去的研究多针对Ti6Al4V及医用纯钛,且电解液常用硅酸盐和磷酸二氢盐体系,不够全面、系统。为此,以磷酸盐溶液体系在船用TA2表面制备了陶瓷微弧涂层。采用SEM、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、氧化层厚度、相结构和显微硬度进行了观察测试,用电子万能材料试验机和数字万用表测定了膜层的结合强度和绝缘性,并用盐雾试验机考察了涂层的耐蚀性。结果表明:随氧化时间的延长,膜层厚度不断增加,氧化60min后膜层厚度可达到20μm以上;陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成,膜基结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐蚀性良好。     

微弧氧化TiO2涂层微结构对细胞黏附性能的影响

为改善TA2纯钛表面的生物相容性,采用微弧氧化技术,通过设置不同的电解液和电参数,在TA2纯钛基材上制备出4种具有不同微结构的氧化钛涂层,采用XRD、SEM、台阶仪、接触角测量仪测试样品的物相组成、微观形貌、粗糙度和亲水性,并以MC3T3-E1(小鼠成骨细胞)与各组具有不同微结构的氧化钛涂层样品共培养后,观察细胞与样品表面的黏附状态。结果表明：采用磷酸盐体系电解液可制备出具有大孔平整和大孔粗糙结构形貌的氧化钛涂层,采用SEM观察细胞的黏附状态发现,在具有这2种结构形貌的氧化钛涂层表面生成了丝状伪足,表面可见细胞分泌物,说明涂层表面具有一定的生物活性;采用NaOH体系电解液制备出具有细孔平整和细孔粗糙结构形貌的氧化钛涂层,在具有这2种结构形貌的氧化钛涂层表面,细胞的黏附面积明显增大,板状伪足和丝状伪足丰富,生物活性明显增强;进一步对比分析发现,氧化钛涂层在粗糙度较高时对细胞的迁移方向具有引导作用,在粗糙度较低时能够提升涂层表面对细胞的黏附能力,具有微纳二级结构的涂层对这2种能力具有整合作用。     

通过微弧氧化和水热处理在钛上沉积羟基磷灰石

在含有0.04mol/L β-甘油磷酸钠(β-GP)和0.10mol/L醋酸钙(CA)电解液中对Ti进行微弧氧化.结果发现:微弧氧化方法适合于Ti在甘油磷酸钠和醋酸钙电解液中形成富含有Ca和P的氧化膜.氧化膜粗糙多孔,电流密度和最后电压分别为200A/m2和430 V形成的氧化膜主要由锐钛矿型TiO2,金红石型TiO2和非晶相组成.低温下进行水热处理,羟基磷灰石晶体在氧化膜的表面沉积.用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱对氧化膜进行了研究.     

脉冲频率对纯钛微弧氧化膜生长特性的影响

在Na₂CO₃-Na₂SiO₃电解液中, 利用微弧氧化技术在纯钛试样表面制备了氧化膜, 并研究了脉冲频率(500～8000Hz)对膜层生长、相组成及表面形貌的影响. 结果表明: 当脉冲频率<2000Hz时, 膜层的生长速率随频率增加迅速减小, 当>4000Hz时, 其生长速率几乎和频率无关. 微弧氧化膜主要由锐钛矿和金红石相TiO₂及少量不饱和氧化物TiO_2-x(0.022的相对含量与频率无关, 而TiO_2-x随频率的增加而逐渐减少. 氧化膜表面多孔, 随着频率的增加, 膜表面的粗糙度和微孔尺寸逐渐减小, 而微孔的密度逐渐增加.     

水管用Q235碳钢微弧氧化膜氧化动态性能表征北大核心CSCD

研究了不同氧化时间下水管用Q235碳钢MAO膜的孔隙率与孔径分布状态并利测试了膜的摩擦性能。研究结果表明:在Q235碳钢MAO膜的表面形成了具有明显"火山口"外形的微观形态。当氧化时间增加后,在MAO膜表面形成的孔隙数量也不断降低,膜表面孔隙率不断减小。当氧化时间增加后,粗糙度也不断增大,膜厚度也不断增大,但增长速率不断降低。所有MAO膜试样都达到了比碳钢基体更大的摩擦系数,摩擦系数表现为随氧化时间增加而升高。在碳钢表面生长一层MAO膜可以显著减小磨损率。当氧化时间增加后,MAO膜磨损率先增大后降低。当氧化时间增加后,磨痕深度先增大后减小。     

纯镁材微弧氧化膜在硫酸铜溶液中的电化学腐蚀行为

研究镁材微弧氧化膜在含Cu2+介质中的腐蚀行为对扩大其使用范围具有十分重要的意义。采用微弧氧化技术对纯镁材进行表面硅酸盐氧化处理,制备了陶瓷膜。采用扫描电镜、X射线衍射、交流阻抗谱等方法分析了微弧氧化膜在0.1 mol/L Cu SO4溶液中的腐蚀形貌、腐蚀产物组成及腐蚀行为;采用极化曲线分析了Cu2+对Cl-腐蚀的影响。结果表明:因为微弧氧化膜中的Mg O与溶液中的H+发生反应,促进了溶液中Cu2+的水解,生成更多Cu(OH)2,并吸附于膜层表面,从而阻止了腐蚀介质向膜基面的进一步扩渗,减弱了腐蚀介质对膜层的腐蚀作用;腐蚀介质Na Cl溶液中加入Cu SO4后,未加剧微弧氧化膜的破坏,反而产生了缓蚀效果。     

纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能EI北大核心CSCD

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。     

钛合金微弧氧化膜层摩擦学性能的研究进展

钛合金比强度优异,是适用于轻量化设计的轻金属合金,然而钛合金表面硬度低、耐磨性差的问题严重地限制了其实际应用。微弧氧化技术是提升钛合金摩擦学性能的有效方法。归纳了电解液体系的选用对钛合金微弧氧化膜层摩擦学性能的影响,梳理总结了工艺参数对微弧氧化膜层摩擦学性能的影响规律,详细介绍了微弧氧化复合技术改善钛合金微弧氧化膜层摩擦学性能的研究现状,进一步展望了改善钛合金微弧氧化膜层摩擦学性能的研究趋势和攻克难点。     

不同pH值NaOH溶液对钛材微弧氧化膜水热处理后性能的影响

采用NaOH溶液对钛材表面含Ca,P微弧氧化膜进行水热处理能提高其医学性能,过去从水热处理工艺方面的探讨不多。在纯钛表面制备了含Ca,P的微弧氧化膜,并采用不同pH值的NaOH溶液进行水热处理制得了羟基磷灰石（HA）/TiO₂复合微弧氧化陶瓷层。分别采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）观察、能谱（EDS）分析、显微硬度及接触角测量等方法对水热处理前后陶瓷膜的化学成分、微观形貌、润湿性和显微硬度进行了研究。结果表明:含Ca,P氧化膜经NaOH溶液于210℃水热处理,其表面可以形成结晶度较高的棒状HA;随着溶液pH值升高,HA晶粒数量不断增加,晶粒长度逐渐减小,HA层逐渐细化和均匀;溶液pH值高于12.0时,氧化膜发生破坏并导致HA剥落;溶液pH值和温度分别为10.5和210℃时水热处理效果最好。     

K2Ti6O13-TiO2／Ti生物陶瓷材料的微弧氧化法制备

通过微弧氧化成功的在两种含钾的电解质中制备了K2Ti6O13-TiO2/Ti复合生物陶瓷材料.XRD检测表明制备得到的陶瓷膜的主要成分是K2Ti6O13和金红石型TiO2,还有少量的锐钛矿型TiO2和K2Ti4O9.EDX线扫描检测结果说明陶瓷膜中的各相是相互交织的结合在一起的,能提高陶瓷膜与钛基体的结合强度.表面SEM形貌检测显示表面呈现多微孔的陶瓷结构.两种体系中制备的陶瓷膜经仿生溶液浸泡6d后能检测到明显的片状结构的HAp涂层,表明K2Ti6O13-TiO2/Ti生物陶瓷材料具有很强诱导HAp沉积的能力,生物活性很好.分析结果表明K2Ti6O13和金红石型TiO2成分的存在是陶瓷膜具有良好生物活性的关键所在.