微弧氧化改性电子束选区熔化Ti6Al4V合金的腐蚀与磨损性能（英文）

为了分析微弧氧化电压对Ti6Al4V(TC4)合金腐蚀和磨损性能的影响,分别在400、420和450 V对电子束选区熔化(SEBM)制备的TC4样品进行微弧氧化表面处理。结果表明,随着氧化时间和温度的增加,亚稳态锐钛矿型TiO₂逐渐转变为金红石型TiO₂。MAO膜表面形貌主要是尺寸分布均匀的大量微孔,仅在450V电压下出现裂纹和>10μm的孔隙;MAO膜厚度与施加电压呈正相关。MAO膜的耐腐蚀性能和磨损性能与其相成分、表面微孔尺寸分布及膜厚有关;当MAO电压为420 V时,腐蚀电流密度最小(0.960×10^-7 A/cm²),阻抗最大(7.17×10⁵Ω·cm²),耐腐蚀性能最好;相同载荷条件下,涂层的摩擦因数及磨损量均大于基体的;随着MAO施加电压的增加,MAO膜的磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,且450V电压时粘着磨损加剧,摩擦因数也最大,为0.821。     

MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响

通过微弧氧化技术(Micro-arc oxidation, MAO)对TC4合金进行表面处理,探究了不同MAO电压对TC4合金氧化膜层摩擦磨损性能的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计及高温真空摩擦磨损试验仪对膜层形貌、相成分、硬度以及摩擦学性能进行了测试。结果表明:随着MAO工作电压的升高,MAO-TC4合金表面膜层中锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂的含量随之增加,其表面粗糙度、显微硬度以及平均摩擦因数亦随之增大,磨损率先降低后增大。当MAO工作电压为280 V时,磨损率最小,为2.8 mg/cm²,摩擦磨损性能最佳。     

表面微弧氧化处理对球拍钛合金摩擦磨损性能的影响

在TA1、TC10和TC4钛合金基材表面制备了微弧氧化膜层,研究了三种不同微弧氧化膜层的显微组织、表面粗糙度、硬度、磨损失重和摩擦磨损形貌。结果表明:在相同微弧氧化工艺下,TA1、TC10和TC4钛合金表面形成了形貌不同的微弧氧化膜层;经过微弧氧化处理后,TA1和TC10表面膜层的磨损失重都要小于基材,而TC4合金表面膜层的磨损失重要略高于基材;TC10合金表面膜层的磨损失重最小,具有最佳的抵抗摩擦磨损的特性;钛合金基材的磨损机制主要为粘着磨损和局部剥落;而三种微弧氧化膜层的磨损机制为粘着磨损,摩擦磨损形貌的观察结果与磨损失重测试结果较为吻合。     

外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响

在Na2SiO3-Na3PO4溶液中,研究了恒定电压下通电回路中有、无外电阻对纯钛微弧氧化膜特性的影响。结果表明,MAO膜的生长特性、相组成、表面形貌和处理后样品的耐腐蚀能力受MAO过程中外电阻的影响较大。无外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与处理电压U密切相关,当U<450 V时,氧化膜由锐钛矿相TiO2组成,当U≥450 V时,氧化膜由锐钛矿相和金红石相TiO2组成。而有外电阻时制备的氧化膜相组成和表面形貌与U的关系不大, 膜层由锐钛矿相TiO2组成,膜表面的微孔尺寸更小、其分布也更均匀;在30%硫酸溶液中的耐腐蚀测试表明,有外电阻时制备的样品比无外电阻时制备的样品其耐腐蚀性能平均高出40%     

Zr-4合金微弧氧化层的生物摩擦学性能

采用含Ca、P电解液,450V微弧氧化在Zr-4合金表面制备氧化膜层,在25%小牛血清润滑条件下做球盘往复式摩擦磨损试验,重点研究了氧化膜层的摩擦磨损特性。结果表明,微弧氧化膜层含Ca、P,主要由立方相氧化锆、四方相氧化锆和少量单斜相氧化锆构成,膜层表面粗糙多孔,有少量的微裂纹。Zr-4合金微弧氧化层与Si3N4球的摩擦因数低于Zr-4合金与Si3N4球的,氧化膜层硬度较高,摩擦副间的接触面积较小,膜层微孔储存小牛血清湿式润滑作用,均有利于摩擦因数降低。Zr-4合金微弧氧化层磨损量明显低于Zr-4合金,微弧氧化层硬度高是主要原因。Zr-4合金摩擦磨损以显微切削机制为主,微弧氧化层摩擦磨损则兼有疲劳剥落和显微切削两种机制。     

A356铝合金微弧氧化膜微动磨损行为的研究

采用微弧氧化（MAO）在A356铝合金表面制备MAO膜,利用球-平面接触在SRV-V微动摩擦磨损机上探究变载荷和位移下微弧氧化对A356微动磨损机理的影响。结果表明：MAO膜由疏松层和致密层构成,其均匀性、致密性和结合力良好。MAO膜的摩擦系数、磨损率均低于A356,MAO膜减摩耐磨性较好。随位移增加MAO膜的摩擦耗散能系数低于A356,MAO膜能提升A356微动磨损过程的稳定性。载荷增加时A356磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损,伴随犁削和疲劳剥层; MAO膜磨损机制为磨粒磨损-粘着磨损和疲劳剥落。位移增加时A356磨损机制为粘着磨损和疲劳剥落,伴随微犁削;MAO膜磨损机制为粘着磨损和疲劳剥层-粘着磨损和磨粒磨损。A356的磨痕内聚集Fe、O元素,存在材料转移和氧化磨损;MAO膜磨痕内聚集Fe元素,存在材料转移。     

TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜的膜层结构及摩擦磨损行为

目的通过微弧氧化共沉积工艺,获得摩擦磨损性能优良的微弧氧化-SiC复合膜。方法在硅酸钠-六偏磷酸钠-钨酸钠-多聚磷酸钠体系的微弧氧化电解液中加入2.0 g/L SiC微粒,以直流脉冲模式制备TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜。利用KH-7700型三维视频显微镜、XRD、SEM,对复合膜的表面、截面微观形貌和结构进行了观察分析,采用CFT-1型显微磨损试验仪检测了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果 SiC复合膜层中的微孔数量明显少于不含SiC相的氧化膜层,复合膜表面分布着SiC相、金红石、锐钛矿TiO_2相、Al2Ti O5相以及非晶态的P、Si、W化合物。在干摩擦磨损条件下,微弧氧化-SiC复合膜的摩擦系数为0.26,比磨损率为0.72×10~(-6) mm~3/(N·m),微弧氧化-SiC复合膜只发生轻微的粘着磨损和磨粒磨损。结论得到了摩擦磨损性能优良的复合膜,复合膜中的SiC新相改变了氧化膜的表面形貌,降低了复合膜的摩擦系数和磨损率。     

2A12铝合金在两种体系中微弧氧化膜层的磨损性能研究

目的比较两种不同溶液体系中铝合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。方法以2A12铝合金为研究对象,通过微弧氧化技术,制备了在两种体系中的微弧氧化膜层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损机,研究了两种不同溶液体系中的微弧氧化膜层的形貌、厚度、硬度和磨损性能的差异。结果锆盐体系中膜层的生长速率较磷酸盐中的更大。锆盐和磷酸盐体系中膜层的硬度分别为1050HV和1250HV。锆盐体系的膜层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3、c-ZrO_2和少量的t-ZrO_2组成,磷酸盐体系膜层的主要成分是α-Al_2O_3和γ-Al_2O_3。锆盐体系中,450 V电压下膜层的摩擦系数为0.425,500 V电压下膜层的摩擦系数为0.375;磷酸盐体系中,450 V电压下膜层的摩擦系数为0.328,500 V电压下膜层的摩擦系数为0.325。结论锆盐膜层的摩擦系数总体大于磷酸盐膜层。在磨损过程中,被磨掉的GCr15材料填充到膜层的凹坑中。两种溶液体系下,膜层在高电压下表现出更小的摩擦系数。磨损起始阶段为磨粒磨损,稳定阶段为粘着磨损。     

医用钛合金的微弧氧化膜层组织及其磨损性能

采用微弧氧化方法对医用钛合金表面进行改性,利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对微弧氧化膜层的表面形貌和化学成分进行分析,通过小振幅往复摩擦磨损试验测量膜层的耐磨损性能.结果表明:钛合金经过微弧氧化表面处理后,所得膜层存在不同尺寸的放电微孔,氧化膜内层相对外层较为致密;膜层主要由大量金红石型TiO2相、非晶相SiO2及少量锐钛矿型TiO2相组成;与基体相比,微弧氧化膜层的初期摩擦因数从0.7降低至0.1,耐磨性提高.     

钛合金微弧氧化生物活性陶瓷膜润湿性及耐腐蚀性能研究

通过微弧氧化技术(MAO)在Ti6Al4V合金表面获得了富含Ca、P的生物陶瓷膜,对陶瓷膜的物相组成、微观形貌及其在Hank's模拟体液中的阳极极化行为进行了研究,分析了不同微弧氧化电压对陶瓷膜润湿性能及耐腐蚀性能的影响.结果表明,所制备的陶瓷膜表面粗糙多孔,主要由锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石和无定形相组成.随着微弧氧化电压升高陶瓷膜中的金红石和羟基磷灰石的含量增加,陶瓷膜中微孔数量减少,但尺寸增加,孔隙率变化不明显.微弧氧化膜的接触角随微弧氧化电压的升高不断减小,说明润湿性能逐渐改善,陶瓷膜的粗糙度和物相是主要影响因素.微弧氧化膜使合金在模拟体液中发生阳极电阻极化,氧化电压越高耐腐蚀性能越好.     

LA103Z镁锂合金微弧氧化膜层微观组织及腐蚀行为

以硅酸盐为电解液体系,采用微弧氧化技术(MAO)在LA103Z镁锂合金表面制备陶瓷层,研究了不同电压对陶瓷层微观形貌和耐蚀性的影响。利用SEM、XRD等手段对膜层微观形貌、相组成进行表征,采用析氢法、失重分析法对膜层的耐蚀性进行评估。结果表明,MAO陶瓷层在生长40 s后,表面逐渐形成微孔状形貌。随着氧化电压增大,膜层厚度和表面微孔孔径增大,呈现出"火山口"形貌,膜层表面有裂纹出现。MAO陶瓷层主要由MgO和Mg_2SiO_4相组成。不同氧化电压所制备的MAO陶瓷层浸泡192 h后的析氢速率大小顺序为:v_(450 V)v_(500 V)v_(550 V)v_(基体)。此外,氧化电压为500 V的MAO陶瓷层浸泡96 h后具有最小的质量损失率,说明MAO陶瓷层可以提高基体耐蚀性,且500 V所制备的MAO陶瓷层保护能力更优。     

镁合金表面磁控溅射-微弧氧化制备Al_2O_3膜层的组织结构及性能

采用磁控溅射-微弧氧化的方法在镁合金表面制备了Al_2O_3膜层,随后采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)等方法对微弧氧化膜层的相结构、截面形貌及膜层中的元素分布进行了分析,采用摩擦磨损和电化学腐蚀方法对膜层的耐磨耐腐蚀特性进行了测试。结果表明,通过先进行磁控溅射后进行微弧氧化的方式可以在镁合金表面获得Al_2O_3微弧氧化膜层。通过改变反应终止电压可控制微弧氧化膜层的厚度。当反应终止电压不高于510 V,膜层主要由铝和Al_2O_3组成。而当微弧氧化反应终止电压超过600 V后,铝膜层完全参与反应转变为微弧氧化膜层,膜层主要由Al_2O_3和MgO组成。Al_2O_3微弧氧化膜层的形成有助于提高镁合金表面的耐磨耐腐蚀性能。     

负电压对2A50铝合金微弧氧化陶瓷层微观结构和耐磨性能的影响

目的 通过调节负电压参数,制备具有较高硬度与较好耐磨性的2A50铝合金微弧氧化陶瓷层。 方法 通过微弧氧化,利用双极性脉冲电源,在硅酸盐为主的电解液中,于2A50铝合金表面原位生成耐磨的高硬度陶瓷层。通过改变负电压,研究其对微弧氧化陶瓷层相组成、微观结构、显微硬度和摩擦磨损性能的影响规律。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪表征微弧氧化膜层的微观形貌、物相组成。利用显微硬度计测试微弧氧化膜层的硬度,并通过摩擦磨损试验机评价膜层的耐磨性。结果 涂层的主要相组成为γ-Al2O3。陶瓷层由内侧致密层和外部疏松层组成,随着负电压的提高,微孔的数量和尺寸先减少后增大。微弧氧化后,2A50铝合金得到明显强化,经–100 V负电压的微弧氧化,其显微硬度由未处理的75HV0.5提高至1321HV0.5。微弧氧化陶瓷层具有良好的耐磨性,摩擦系数在0.35~0.55之间,其磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损共存。结论 正电压较高时,较低负电压可很好地抑制微弧氧化过程中的强放电现象,以获得较为致密、坚硬且耐磨的膜层。     

MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层的制备和摩擦学行为研究

目的 采用两步法在铝合金表面制备MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,并考察其摩擦磨损行为特点。方法 通过微弧氧化(MAO)技术和原位水热法在7075铝合金表面构筑MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和Raman光谱对膜层的微观形貌和组成进行表征。利用摩擦试验机测试试样的摩擦性能,并通过三维轮廓仪分析磨痕形貌。结果 MAO膜层主要由Al2O3构成,含有少量SiO2,表面为典型的多孔结构,存在大量微孔,粗糙度较大。MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层中的MoS2颗粒较均匀地填充在MAO微孔中,并覆盖在凹陷内,使得表面平整光滑而致密。摩擦测试结果表明,MAO涂层能够提高基体的承载能力,但其摩擦因数较大,波动较大。MoS2膜层为MAO提供了良好的润滑改性作用,使其摩擦因数减小。结论 MoS2/MAO耐磨减摩复合涂层能够显著提高基体的摩擦磨损性能。在低载荷下,MAO硬质涂层起着很好的承载作用,MoS2颗粒层起着润滑减磨作用,使摩擦因数始终较低且平稳;在高载荷下,MAO层表面的微凸体在应力作用下破碎,硬质磨粒和MoS2颗粒分布在磨损面,部分被挤出磨痕区,导致摩擦因数不断增大。     

模拟体液中医用钛合金阳极氧化膜的摩擦行为

目的 在TC4钛合金表面获得阳极氧化膜,分析阳极氧化膜膜厚随电压变化的规律,探讨阳极氧化膜在模拟体液中的摩擦性能。方法 用强硫酸型溶液作为电解液,利用氧化还原反应,用自制的设备在TC4钛合金表面以不同的电压进行阳极氧化,在试样表面制得颜色各异的氧化膜。使用多功能材料CFT–1型表面综合性能测试仪,对阳极氧化膜在模拟体液中进行摩擦性能测试。结果 阳极电压从15 V增大到100 V,氧化膜厚度从6.2 μm 增大到28.4 μm,平均摩擦因数先增大后减小。电压升高,Rutile TiO2在阳极氧化膜的含量不断提高。氧化膜在模拟体液中的摩擦行为分为3个过程,第一阶段,各种电压的TC4合金氧化膜均在前5 min完成短时跑和;第二阶段,摩擦因数震荡上升,随着电压的升高,氧化膜磨粒磨损加剧,局部出现剥落,75 V的剥落最大,100 V的磨痕比较平整;第三阶段,摩擦因数再次爬升,15、35、60 V出现在36 min时,75 V出现在40 min时,100 V在48 min时,阳极氧化膜被磨穿。结论 氧化膜的颜色、耐磨性、物相及表面形貌受电压影响。钛合金阳极氧化膜在模拟体液中耐磨性良好,磨损类型为磨粒磨损。     

电解液对TiC/TC4复合材料微弧氧化膜组织及耐磨性的影响

采用微弧氧化技术在TiC/TC4(Ti6Al4V)复合材料表面制备陶瓷膜。在NaAlO_2和NaH_2PO_2两种溶液体系中,研究添加Cr_2O_3对两种体系下微弧氧化膜组织、形貌及耐磨性的影响。结果表明:在NaH_2PO_2电解液中形成的膜层为金红石型和锐钛矿型TiO_2,而在NaAlO_2电解液中除了生成TiO_2外,还有Al_2TiO_5、γ-Al_2O_3生成。加入Cr_2O_3后,膜层出现大量Cr_2O_3相。所制备的微弧氧化膜,其耐磨性较基体略有提高。电解液中加入Cr_2O_3后,复合膜的摩擦系数均降低,耐磨性较基体明显提高。在NaAlO_2-Cr_2O_3中形成的复合膜只发生粘着磨损,而且耐磨性最好。而在NaH_2PO_2-Cr_2O_3电解液中,形成的复合膜出现粘着磨损和少量磨粒磨损。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

水热反应液浓度对TC4钛合金微弧氧化涂层硬度和摩擦性能的影响

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化进行表征。研究结果表明:随着水热反应液浓度增加,TC4钛合金微弧氧化涂层中金红石相Ti O2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相Ti O2减弱。在水热处理24 h后,在水热反应试验条件下能实现羟基磷灰石颗粒的合成,并且反应液浓度越高,获得的羟基磷灰石越多。水热合成浓度增加,有助于TC4钛合金涂层表面平整度增加。水热处理后的TC4钛合金MAO涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。水热处理TC4钛合金MAO涂层的摩擦因数在0. 95～1. 1之间,水热合成液的浓度对摩擦因数影响不明显。     

固体润滑剂WS2对铝合金微弧氧化陶瓷膜摩擦学性能的影响

目的 改善微弧氧化陶瓷膜层的摩擦学性能。方法 采用微弧氧化技术和抛磨技术相结合的方法在ZL109合金表面制备微弧氧化陶瓷和固体润滑剂复合膜层。利用粗糙度仪检测试样表面粗糙度,并在球盘往复式摩擦磨损试验机下检测复合膜层的摩擦学性能。使用扫描电镜（SEM）分析试验前后试样表面微观形貌及对磨钢球磨斑形貌,并利用能谱分析仪（EDS）对试样膜层化学成分进行分析。结果 在抛磨纳米WS2粉体过程中,WS2可有效填充陶瓷膜疏松层上的放电微孔以及经抛光的陶瓷膜层表面残留的微孔缺陷,并极大地降低试样表面粗糙度,进而影响实验前期的摩擦系数及抗粘着时间。试样MAO-W比试样MAO粗糙度降低约34.2%,摩擦系数降低79.2%,抗粘着时间增加900%。试样P-MAO-W比试样P-MAO粗糙度降低约41.3%,摩擦系数降低93.6%,抗粘着时间增加233%。另外,制备的试样可以有效减轻对磨钢球的磨损,并且试样的磨痕宽度及对磨钢球的磨斑直径变化规律与摩擦过程中的摩擦系数变化及粗糙度变化趋势相吻合。结论 在铝合金微弧氧化陶瓷膜层表面抛磨纳米WS2自润滑粉体可有效降低摩擦,延长抗粘着时间并减轻对磨件的磨损。     

SiC增强Ti-6Al-4V合金微弧氧化陶瓷层的摩擦磨损性能

采用微弧氧化方法,通过在电解液中掺杂不同粒径碳化硅颗粒,在Ti-6Al-4V合金表面制备含不同粒径碳化硅的陶瓷膜层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和摩擦磨损实验机研究了膜层的微观形貌、结构物相以及摩擦磨损性能。实验结果表明,碳化硅对钛合金微弧氧化膜层表面形貌以及摩擦磨损性能影响显著,较小粒径碳化硅颗粒引入微弧氧化膜层可以显著降低微弧氧化膜层孔隙率,增强膜层表面致密度,较大提高膜层减摩耐磨性能。其中1~2μm粒径的碳化硅对膜层耐磨性的提高效果最为显著。较大粒径碳化硅难以通过尺度较小的微弧氧化孔进入微弧氧化层,减摩耐磨性能提高较小。