S,N共掺杂TiO2纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO₂)作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO₂中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO₂作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO₂储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH₄F、5 mL的H₂O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO₂纳米管阵列;以CH₄N₂S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO₂纳米管阵列进行掺杂,得到S, N共掺杂的TiO₂纳米管阵列。实验结果表明,S, N共掺杂TiO₂的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO₂...     

Ti-Al-V-O纳米管阵列的制备与热稳定性研究

在醇基介质中采用阳极氧化方法成功在Ti6Al4V合金表面制备出大面积的α和β相均为纳米管结构阵列。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDXA)对纳米管阵列的表面形貌、微结构和热稳定性进行了表征。实验结果表明:在醇基溶液中采用阳极氧化方法制备大面积纳米管阵列时,外加电压的增加有利于合金表面多孔纳米结构的形成。在外加电压为30V时,Ti6Al4V合金表面的双相区均获得较为均匀的纳米管阵列。Ti-Al-V-O纳米管阵列管长约900nm、管径约90nm、壁厚约7.4nm。EDXA结果表明:在阳极氧化后,表面Al和V含量降低。Ti-Al-V-O纳米管阵列在550℃下晶化后,其表面形貌可保持规则的纳米阵列结构,而在更高温度下热处理可导致纳米管阵列局部坍塌并发生表面烧结致密化现象。     

激光裂解钛酸酯改性聚硅氧烷制备陶瓷涂层

为了解决先驱体转化陶瓷法中金属粉末活性填料在制备陶瓷涂层中分散不均的问题,采用激光裂解钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷法在金属基体表面制备陶瓷涂层,通过电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等手段,取得了涂层表面并分析了激光裂解钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷生成物的组成与结构。结果表明,钛酸四丁酯添加量的质量分数为0.05时,涂层表面不同区域的Ti相对含量均在3%左右,Ti元素在涂层中分布均匀,钛酸四丁酯改性聚二甲基硅氧烷在激光作用下生成的陶瓷涂层主要由晶态的SiC,TiO₂,非晶态SiO₂,（TiO₂）₅₆（SiO₂）₄₄以及C₆H₁₈OSi₂等组成,激光裂解过程中新生的TiO₂,（TiO₂）₅₆（SiO₂）₄₄等陶瓷相对所制备的陶瓷涂层表面孔隙具有填补作用,使陶瓷涂层表面均匀平整致密,孔隙、缝隙基本消失,解决了金属粉末活性填料的分散问题。     

不同载荷下钛合金激光熔覆γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层的摩擦磨损性能

为提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能, 采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备出以TiC为增强相、γ-NiCrAlTi固溶体为增韧相、CaF2为自润滑相的γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2自润滑耐磨复合涂层。 分别在轻载(2、3 N)、中等载荷(5、6 N) 和重载(11、12 N) 时测试了复合涂层和Ti6Al4V合金基体的干滑动磨损性能。结果表明该复合涂层的摩擦系数及磨损率都随着载荷的增大呈现先减小后略增大的趋势; 在中等载荷( 5 N)下, 磨损表面光滑平整, 涂层中的润滑颗粒被挤压出磨损表面形成润滑膜, γ-NiCrAlTi/TiC/CaF2 润滑耐磨复合涂层的摩擦系数和磨损率均比Ti6Al4V合金基体显著降低, 该复合涂层在中等载荷(5 N)具有较好的自润滑耐磨性能。     

生物医用钛合金的激光表面改性

生物医用钛及其合金是外科植入首选的替代材料，激光表面改性是改善钛合金表面磨损和腐蚀性能的有效方法。采用高功率连续波Nd:YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光气体氮化改性，获得了均匀致密、无孔洞裂纹等缺陷的氮化物改性层，合金表面对人体有害元素Al、V含量明显降低。利用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、振动摩擦磨损实验机及恒电位仪对Ti6Al4V合金气体氮化改性层的组织、磨损及在模拟人体体液中的电化学腐蚀性能进行研究。实验结果表明，激光气体氮化改善了Ti6Al4V合金作为生物医学材料使用的表面性能，其抗磨损及腐蚀性能显著提高。     

激光微加工对Ti6Al4V表面形貌及润湿性影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其润湿性,使其表面具有超疏水性,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响,建立了接触角与表面特征参量S_a, S_d的关系。结果表明, 脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量S_a, S_d均有所影响,且对网格结构的S_a和S_d的影响程度最大,线阵结构次之,点阵结构最小;激光加工Ti6Al4V后,其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变,不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善,其中网格结构对表面湿润性的改善最好,线阵次之,点阵最差;网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°, 160.5°, 142.4°;132.9°, 97°, 94.6°,具有最大接触角的表面参量S_a, S_d分别为0.97μm, 1.38;1.62μm, 1.04;4.14μm, 2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。     

TC4表面激光熔覆Fe60-TiO2涂层性能研究

为了提高TC4合金表面的硬度和减磨性、优化工艺参数, 采用多组工艺参数(不同功率、不同TiO₂粉末含量)在TC4板表面制备不同比例的Fe60-TiO₂复合涂层, 分析了熔覆层宏观形貌、表面维氏硬度和减磨性。结果表明, 当激光功率为500W、TiO₂质量分数为0.10时, 熔覆层表面较平整; 通过X射线衍射分析熔覆层生成较多Ti化合物, 这些Ti化合物对提高熔覆层硬度和减磨性非常有利; 熔覆层硬度比基体提高了约2.5倍; 摩擦系数较基体相比有所降低, 熔覆层的平均摩擦系数约为0.46。此研究结果对TC4钛合金表面熔覆Fe基复合涂层的硬度和减磨性工艺参数有一定指导作用。     

Ti6Al4V表面激光熔覆生物陶瓷复合涂层研究

针对Ti6Al4V合金在作为医用植入体中存在耐磨性及生物活性差的问题,采用激光熔覆制备表面羟基磷灰石HA/TC4复合生物陶瓷涂层。综合利用基体的力学性能和涂层的生物性能,具有显著优势。通过设计复合涂层的成分配比和优化激光加工工艺参数,在Ti6Al4V合金表面制备了成型良好、无冶金缺陷的单道和多道搭接生物复合涂层。对表面复合涂层的微观组织及性能进行了研究,结果表明涂层中生成了α-Ti、Ti3P、Ti O、Ca Ti O3和β-Ca3(PO4)2等相。涂层的摩擦系数低于基体,磨痕宽度小于基体,表明复合涂层具有优良的耐磨特性。模拟体液在涂层表面的接触角小于在钛基体表面接触角,表明激光熔覆涂层改善了基体的表面润湿性。     

激光合金化改性8YSZ热障涂层的抗热腐蚀性能研究

热障涂层可为航空发动机、燃气轮机中的高温部件提供热防护,但其易受高温熔盐腐蚀而过早失效。激光合金化是一种提高涂层抗熔盐腐蚀性能的有效方法。本团队将TiAl₃作为自愈合剂,对8%Y₂O₃部分稳定的ZrO₂(8YSZ)热障涂层进行激光合金化改性。将喷涂态热障涂层和激光合金化改性热障涂层在900℃的75%Na₂SO₄+25%NaCl熔盐环境下进行4 h热腐蚀试验。结果表明：激光合金化改性热障涂层结构致密且表面分布着网状裂纹,改性层保持亚稳态四方相(t’-ZrO₂)结构;喷涂态热障涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为单斜相m-ZrO₂和Y₂(SO₄)₃,表面有较多的热腐蚀产物;激光合金化涂层在900℃腐蚀4 h后,腐蚀产物为少量m-ZrO₂和Y₂(SO₄)₃,改性层结...     

Cu9S5/TiO2纳米管的制备及其光催化降解性能研究

采用牺牲模板法和水热法结合的合成路径,将Cu₉S₅层负载于TiO₂纳米管上,制备了性能优良的TiO₂纳米管状异质结光催化剂。Cu₉S₅和TiO₂两者之间异质结的形成使得体系的带隙缩小至2.77 eV,相对于纯TiO₂显著拓宽了光吸收范围。基于密度泛函理论利用VASP软件计算的差分电荷密度图以及瞬时光电流响应测试表明Cu₉S₅/TiO₂纳米管状异质结光催化剂具有优良的光生载流子分离能力。本工作所合成的Cu₉S₅/TiO₂纳米管状异质结光催化剂可在120 min内去除98%的罗丹明B(RhB,10 mg·L^-1)以及99%的盐酸四环素(TCH,30 mg·L^-1)。循环光催化降解测试表明Cu₉S₅/T...     

飞秒激光加工Ag-TiO2微纳结构及其光催化性能研究

为了提高TiO₂在太阳光下的催化性能, 采用真空蒸镀法在金属钛表面蒸镀Ag膜, 并结合飞秒激光做一步加工, 同步实现了微纳结构TiO₂的生成与Ag粒子的复合, 取得了具有良好太阳光催化性能的掺Ag的TiO₂表面。结果表明, 经300min模拟太阳光辐照, 掺杂Ag的TiO₂微纳复合材料对亚甲基蓝的降解率为70%, 是具有同样结构的TiO₂材料的1.5倍; 这种基于体材料直接加工的方法可以提高比表面积, 解决传统TiO₂分散性高、难回收的问题; 利用这种方法制备的结构化掺杂Ag的TiO₂材料在模拟太阳光照下光催化性能得到显著提升。这一结果对制备环保高效的TiO₂光催化剂具有重要的潜在应用价值, 并有望应用于工厂大规模快速生产。     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。     

镁合金表面激光熔覆纳米三氧化二铝

镁合金由于密度小、比强度高、良好的导电和导热性而成为工业结构工程和运输工具中非常有应用前景的工程材料.但由于镁合金的耐磨性差,成为阻碍镁合金应用与汽车工业或其他工程部件中作为转动部件的一大障碍.为提高镁合金的表面耐磨性.各种表面处理技术应运而生.其中激光表面改性处理技术比较引人瞩目.为提高镁合金的表面耐磨性.采用激光熔覆纳米Al2O3颗粒的办法对ZM5镁合金进行了表面改性处理.激光改性是采用500 W脉冲Nd:YAG熔化预置在ZM5表面的纳米三氧化二铝进行处理的.激光熔覆后,对改性层的显微结构进行了分析.同时对显微硬度与激光加工参数之间的关系以及耐磨性均进行了测试.改性层的显微硬度可以高达350 HV,而基材的显微硬度只有100 HV.激光改性处理层的耐磨性与基材相比也得到了显著的提高.     

激光熔覆35.8%Fe-20%Ti-20%Al-24%Cr-0.2%Y2O3涂层组织与性能研究

采用激光熔覆工艺在304不锈钢板表面制备质量分数35.8%Fe-20%Ti-20%Al-24%Cr-0.2%Y₂O₃的合金涂层,并对涂层的组织、元素分布和力学性能等进行了表征。结果表明：激光功率2200 W、扫描速率5 mm/s、搭接率50%条件下,获得的一次成型涂层,其组织均匀致密,无裂纹、气孔等缺陷;涂层与基体间为冶金结合,稀释率为7.31%;涂层相组成为(Fe,Cr)Al、Y₂TiO₇和TiO₂,晶粒平均尺寸为6.7μm;涂层具有较高的硬度和良好的高温耐磨性能,硬度达到550 HV(基体为210 HV),400℃条件下磨损试验质量损失率仅为304不锈钢的3.67%。     

红外激光制备钛氧化层的温度场模拟与分析

钛合金表面氧化在提高耐磨、耐蚀、界面相容性等方面具有重要应用。采用高斯分布的面热源，模拟红外激光制备Ti6Al4V钛合金表面氧化层过程中的温度分布及变化。首先，通过对比激光功率为500 W(功率密度为39.8 W/mm²)、扫描速度为15 mm/s时钛合金表面和厚度方向温度分布的模拟与试验结果，验证了有限元模型的有效性。然后，采用该模型研究激光功率、扫描速率、重复扫描间隔等对温度场的影响规律。随着激光功率增加，扫描速率降低，加工过程中的线能量增加，钛合金表面和厚度方向的温度整体增加。当线能量相同情况下，由于能量在钛合金表面的累积，大功率高扫描速度下可以获得更高的表面温度和基本相同的内部温度。随着重复扫描间隔的缩小，表面最高温度逐渐升高。     

基于无量纲工艺图的激光熔化沉积制备Ti6Al4V工艺与性能研究

如何高效获取合适的工艺参数进行激光熔化沉积（LMD）制造高性能零件是一项艰巨的挑战。提出了一种有效进行参数选择的方法,建立了基于LMD工艺的无量纲参数组,利用文献中获取的LMD工艺数据构建无量纲工艺图,确定了本试验LMD制备Ti6Al4V的工艺范围。利用正交试验研究了不同激光功率q、扫描速率v和扫描间距h组合下的无量纲等效能量密度E^*₀对LMD制备Ti6Al4V块状试样组织和性能的影响。结果表明,LMD制备的试样呈现出明显的柱状晶外延生长特点,柱状晶的宽度随E^*₀增加而增大。在通过无量纲工艺图确定的最优参数E^*₀=3.74下LMD制备的Ti6Al4V试样无熔合缺陷,硬度为391.7 HV,抗拉强度为963 MPa,延伸率为13.4%。结果表明,利用构建的无量纲工艺图缩小工艺参数范围,可以获得综合力学性能优良的样件。     

钛合金表面激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)复合涂层组织与耐磨性能

为改进钛合金(Ti6Al4V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti+Al/Ni)+(Cr2O3+CeO2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能.结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr2O3颗粒和白亮球状液析Cr2O3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相.显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍.熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20 μm.激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0.2～0.3之间,磨损率比Ti6Al4V标样降低约4～5倍.     

用于重金属离子电化学传感器的TiO2NT/AuNP纳米复合材料

采用水热合成法将金纳米颗粒(AuNP)修饰到TiO₂纳米管(TiO₂NT)表面。用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对制备的纳米复合材料进行表征。采用电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法分析了TiO₂NT/AuNP纳米复合材料修饰的玻碳电极(GCE)。通过方波阳极溶出伏安法(SWASV)分析了纳米复合材料检测重金属离子的可行性。纳米复合材料对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)具有较高的电分析活性和灵敏度,对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的灵敏度分别为15.63、213.19、287.86和72.75μA·μM^-1(1 M=1 mol/L),检出限分别为0.052、0.004、0.003和0.011μmol/L。采用TiO₂NT/AuNP纳米复合材料对多种重金属离子进行了检测。此外,TiO₂NT/AuNP/GCE具有抗干扰性能和稳定性。因此,TiO₂NT/AuNP纳米复合材料可适用于电化学传感器来检测多种重金属离子。     

汽车用AZ91D合金的表面激光熔覆与性能研究

通过激光熔覆技术在AZ91D合金表面制备Al-TiC和Al-TiC-Y₂O₃熔覆层，研究Al∶TiC质量比和Y₂O₃添加量对熔覆层截面形貌、物相、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同Al∶TiC质量比的Al-TiC熔覆层和不同Y₂O₃添加量的Al-TiC-Y₂O₃复合熔覆层都与AZ91D合金基体实现了良好的冶金结合；Al-TiC熔覆层的主要物相为Ti₃AlC、TiC、Mg₂Al₃和Al₃Mg₂,加入Y₂O₃后的Al-TiC-Y₂O₃熔覆层中新产生了Al₃Y和Al₄MgY相；当Al∶TiC质量比为8∶1、4∶1和2∶1时，相应的Al-TiC熔覆层的硬度约为AZ91D合金的2....     

钛合金等离子氮化表面的细菌粘附研究

本文对用作口腔修复材料的钛合金(Ti6Al4V)进行等离子氮化处理.分析和表征改性层显微组织的显微硬度、元素分布情况及改性层相结构;比较了改性前后表面粗糙度、表面形貌及细菌粘附情况.结果显示:钛舍金表面经等离子氯化得到的改性层均匀、致密,厚度约为2.8μm,表面显微硬度值为HK0.0251 443,改性层由TiN及Ti2N两种氮化物组成.与改性前相比,试样表面形貌发生变化,表面粗糙度提高,改性后的钛合金表面可以显著地减少细菌粘附.