阳极氧化电压对水热电化学制备羟基磷灰石涂层的影响

首先采用含氟电解液对Ti6Al4V基体进行阳极氧化预处理,然后通过水热电化学法在其表面制备羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)涂层。研究了阳极氧化电压对基体表面物相、形貌、润湿性和表面粗糙度(Ra)的影响;同时,还研究了阳极氧化电压对HA涂层物相、形貌以及涂层和基体结合强度的影响。结果表明:经过阳极氧化后的Ti6Al4V基体表面生成了孔洞状TiO_2纳米管,并且管径随氧化电压的增大而增大;在电压为25 V时,基体Ra为0.5μm,而且基体与模拟体液的接触角明显降低;水热电化学沉积得到的HA涂层呈现出分层生长的模式;阳极氧化预处理的基体和涂层间的结合强度明显提高,并在阳极氧化电压为25 V时达最大,为20.0 MPa。     

一种钛基体表面高温抗氧化复合涂层的制备方法

<正>申请号:201510125694.6申请日:2015-03-21公开(公告)日:2017-05-31公开(公告)号:CN104674218B申请(专利权)人:西北有色金属研究院摘要:本发明公开了一种钛基体表面高温抗氧化复合涂层的制备方法,该方法为:(1)对钛基体进行表面抛光处理,然后对表面抛光处理后的钛基体进行氧化,得到表面具有二氧化钛陶瓷层的钛基体,再在所述二氧化钛陶瓷层上沉积金属铝,得到表面具有二氧化钛陶瓷层和铝涂层的钛基体;(2)将表面具有二氧化钛陶瓷层和铝涂层的钛基体进行真     

钛表面FHA-SrHA双相生物陶瓷涂层的制备及性能

在经过碱热处理的纯钛表面采用溶胶-凝胶法和提拉涂覆法制备含氟羟基磷灰石(FHA)-锶取代羟基磷灰石(SrHA)双相生物陶瓷涂层。采用X射线衍射检测涂层的相组成,采用扫描电镜观察涂层的形貌,采用划痕法测定涂层与基体的结合力。结果表明:所制备的涂层是均匀和致密的FHA-SrHA双相涂层;与单相FHA和SrHA涂层相比,FHA-SrHA双相涂层与钛基体的结合力明显优于SrHA涂层,略低于FHA涂层;TRIS溶液中的溶解性实验结果显示3种涂层均发生溶解和钙磷酸盐的重沉积过程,表现出良好的生物活性,但FHA-SrHA双相涂层的溶解速率远远低于单相FHA及SrHA涂层,这表明可以通过双相涂层设计来提高生物陶瓷涂层材料的植入寿命和稳定性。     

水热温度对钛片表面制备TiO2纳米棒的影响

以NaOH为溶剂,利用水热法在医用钛表面制备了TiO_2纳米棒,系统研究了水热温度对产物的影响以及TiO_2纳米棒的生长机制。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测定仪分析钛表面生成产物的形貌、物相组成和钛表面与水的接触角。结果表明,水热过程中,温度决定了产物的结构和形貌。当NaOH浓度为5 mol/L、热处理温度为450℃、水热温度为130℃时,钛表面可以生成分布及尺寸均匀、长度基本一致的TiO_2纳米棒,其长度约为200 nm,直径约为20 nm,有望最大限度地提高钛植入材料的生物活性。     

含镁羟基磷灰石、磷酸三钙复合生物陶瓷涂层的研究

通过溶胶凝胶法在钛合金基体上合成了含镁羟基磷灰石/β-磷酸三钙陶瓷复合涂层.研究表明,羟基磷灰石相与β-磷酸三钙相共同存在于600 ℃烧结的复合涂层中.X射线光电子能谱分析显示,镁离子已合成到涂层之中.在模拟体液中,在复合涂层表面沉积出了较为明显的新生类骨层.使用MG63细胞进行培养试验,结果显示涂层具有良好的细胞亲和性.试验结果表明:含镁羟基磷灰石/β-磷酸三钙复合涂层具有良好的生物活性,有望在医疗实践中作为人工骨质材料得到广泛应用.     

纯钛表面多步合成Ti-Al梯度抗氧化涂层

以TA2工业纯钛为基体材料,通过微弧氧化技术及磁控溅射技术在TA2基体表面分别制备了氧化钛薄膜和金属铝涂层,从而形成Ti/TiO2/Al结构试样,然后进行500℃×4 h的真空扩散热处理,研究了TA2纯钛基体表面Ti、Al元素梯度过渡的复合抗氧化涂层的形成机制,以及涂层在700℃下的循环氧化性能。结果表明,Ti/TiO2/Al试样中的金属Al涂层在500℃的真空热处理过程中,不仅能够扩散至Ti基体内形成Ti-Al系列金属间化合物,而且能与TiO2中间层发生化学反应形成TiAl3+Ti Al+Al2O3复合涂层。TA2纯钛基体表面形成Ti-Al梯度抗氧化涂层后,在700℃大气环境中循环氧化50次后的氧化增重仅为无涂层试样的1/10。     

电化学沉积锰修饰TiO_2纳米管阵列的正交试验研究

用阳极氧化法在钛片表面制备空白TiO_2纳米管阵列,用电化学阴极还原法在其表面沉积锰,通过正交试验考察沉积条件对锰修饰TiO_2纳米管阵列光电响应的影响。结果表明,锰的表面修饰可以增强TiO_2纳米管阵列对可见光的响应,在0.5 V(vs.SCE)的偏电压下,光电流显著增大。沉积时间和沉积电压是影响锰沉积的主要因素,锰沉积的最佳条件为:沉积时间30 s、电压-2 V、锰离子浓度10 mmol/L。     

铝合金表面纳米化——微弧氧化复合涂层摩擦行为

通过表面机械研磨处理在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化(SNC)过渡层,再采用微弧氧化(MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化(SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了铝合金表面微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层的摩擦学行为.与微弧氧化涂层相比,纳米化-微弧氧化复合涂层因硬度较高而具有较好的耐磨性.微弧氧化涂层及纳米化-微弧氧化复合涂层与GCr15钢球对磨时具有相同的磨损机理,为对磨钢球向涂层的材料转移和氧化磨损.      

真空等离子喷涂HA/Ta复合涂层

羟基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨传导能力,采用等离子体喷涂技术在钛合金等金属基材上制备的HA涂层材料已在临床医学上被广泛使用。但是,HA涂层与钛合金基材之间较低的结合强度影响了植入物在体内的长期使用。本文采用真空等离子体技术制备钽(Ta)掺杂的HA涂层,以期在保持其良好生物学性能的同时提高其结合强度。HA/Ta复合涂层的微观形貌、元素组成和相组成由SEM及配套的能谱仪(EDS)和XRD分析技术表征。按ASTMC-633标准对涂层的结合强度进行了测试。将涂层试样浸泡于模拟体液中以评估其生物活性。结果表明:Ta增强HA涂层具有粗糙的表面和层状结构,其结合强度随着Ta含量的增加而增加。掺60%Ta(H4T6)涂层的结合强度达到37.2MPa,约为HA涂层的1.9倍。模拟体液浸泡试验显示,掺钽HA涂层表面形成了类骨磷灰石,表明具有良好的生物活性。     

掺硅非晶碳薄膜对TC4摩擦磨损性能的影响

利用C₂H₂和Si靶,通过等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposition,PECVD)和磁控溅射法,在Ti-6Al-4V(TC4)合金表面沉积类金刚石(diamond-likecarbon,DLC)膜层和不同Si含量的Si-DLC膜层。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱分析膜层中的键合含量和结构无序性;采用纳米压痕和纳米划痕法测试TC4合金及其膜层试样的力学性能;使用HT-1000高温摩擦磨损测试仪和光学轮廓仪测试TC4合金及其膜层试样的摩擦磨损性能。结果表明：无论是否含Si元素,DLC膜层都能够有效提高TC4基体表面硬度,其中沉积纯DLC膜层后TC4基体的硬度相比无涂层提升了2.4倍,提升率最大;纯DLC和Si的摩尔分数分别为1.79%和3.06%的2种Si-DLC膜层,都可使TC4基体的表面摩擦因数从无涂层的0.64降低至0.1左右,磨损率从无涂层的476.5×10^-7 mm³/(N·m)降低至0.5×10^-7 mm     

阳极氧化Ti-6Al-4V合金表面TiO_2多孔膜的制备及研究

在一定浓度的H_2SO_4溶液中对Ti-6Al-4V合金表面进行阳极氧化处理,通过改变阳极氧化处理的电压、氧化时间和电解液浓度,研究了预处理工艺参数对钛合金表面形貌、物相、润湿性及粗糙度的影响.试验结果表明:钛合金经过阳极氧化处理后,表面出现了二氧化钛(TiO_2)纳米多孔结构,多孔氧化膜由锐钛矿型和金红石型TiO_2组成;在0.5mol·L~(-1)H_2SO_4溶液中,随着阳极氧化电压的增加,多孔膜的孔径逐渐增大,基体表面与模拟体液(SBF)的接触角明显降低,经120V氧化处理的试样表面接触角由预处理前的52.8°降至16.9°左右,具有良好的润湿性;并且试样表面的粗糙度明显增加,在电压为120V时粗糙度达到0.56μm.在电压120 V时,随着阳极氧化时间或电解液浓度的增加,TiO_2多孔膜的含量和孔径尺寸逐渐增大,试样表面的润湿性和粗糙度也不断增加,在氧化时间10 min或电解液浓度0.5 mol·L~(-1)时达到最大,氧化时间大于10 min或电解液浓度高于0.5 mol·L~(-1)时,试样表面出现裂纹,多孔结构被破坏.     

等离子体硼氮共渗预处理对硬质合金刀具表面金刚石涂层结合强度的影响

在硬质合金刀具表面沉积金刚石涂层是提高其切削寿命和切削性能的有效途径,然而在金刚石涂层沉积过程中由于刀具基材中钴催化石墨生长会导致涂层-基体之间结合力差,涂层刀具性能变坏。采用两种等离子体预处理方法(等离子体硼氮共渗预处理、等离子体渗硼预处理)和传统MC试剂预处理方法抑制钴的有害作用,分别从钴的钝化效果、金刚石涂层结构分析、膜-基结合强度分析3个方面进行对比研究。结果表明:等离子体硼氮共渗预处理法在700℃反应温度下渗硼摩尔分数为77.24%,实现了低温高渗硼量,且工艺简单,得到对钴原子的最佳钝化效果,同时通过这种处理的硬质合金刀具表面可制备出光滑、结合力强的纳米金刚石涂层,等离子体硼氮共渗预处理是改善金刚石涂层硬质合金刀具性能的有效手段。     

钛表面激光重熔Al/Ni组合涂层的组织及其抗氧化性能

利用等离子喷涂及电弧喷涂工艺在工业纯钛表面制备Al/Ni组合涂层,并对涂层进行激光重熔处理,使涂层之间、涂层与基体之间发生冶金反应,从而得到与基体有一定结合强度的NiAl金属间化合物涂层。研究了重熔前后涂层的微观组织及NiAl金属间化合物的形成机理,并对经重熔处理后的Al/Ni/Ti试件及纯钛试件进行了800℃/60 h高温氧化试验,讨论了涂层经高温氧化后的微观组织及其对钛材抗高温氧化性能的影响与防护机理。研究表明,Ni/Al涂层经激光重熔处理后,重熔反应区由多量的呈等轴晶状的Ni_2Al_3相以及少量的呈树枝晶状的NiAl相组成。重熔处理后的涂层经高温氧化后,Ni_2Al_3相的含量有所减少且结构疏松,而NiAl相则稳定存在并最终形成了具有一定厚度的区域。激光重熔处理后的Ni/Al组合涂层对Ti基体起到了较好的抗高温氧化作用。     

多孔钛板表面TiO2纳米管阵列膜的制备及表征

利用四辊卧式粉末轧机制备多孔钛板,并通过阳极氧化工艺在轧制多孔钛板上制备TiO_2纳米管阵列膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对TiO_2纳米管阵列膜的形貌和物相进行表征,并对TiO_2纳米管阵列膜的热稳定性和生物相容性进行了研究。结果表明,多孔钛板上初步制备的TiO_2纳米管阵列膜为无定形相结构,在不同温度下可转化为锐钛矿型、金红石型或锐钛矿与金红石型的混合物;细胞培养实验表明,经阳极氧化及450℃退火处理后,粉末轧制多孔钛板表面细胞的黏附量比未经处理的多,且细胞发育良好。     

纳米TiO_2电子传输层制备方法及其钙钛矿太阳能电池性能

采用旋涂法(SC)、原子层沉积(ALD)和磁控溅射(MS)3种方法制备二氧化钛(TiO_2)致密籽晶层并生长TiO_2纳米柱层(TiO_2 nanorod layer),研究了由TiO_2致密层(TiO_2 compact layer)和TiO_2纳米柱层组成的纳米TiO_2层(nano-TiO_2 layer)的形貌结构及其作为电子传输层(ETL)对钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对制备的纳米TiO_2层的结构、形貌进行了表征。研究发现采用磁控溅射制备的TiO_2籽晶层的表面粗糙度最大,为26.6 nm,有利于生长TiO_2纳米柱层,生长的金红石型晶体结构的TiO_2纳米柱具有最好的结晶性。采用紫外可见吸收光谱(ultravioletvisible absorption spectroscopy)对掺氟的SnO_2透明导电玻璃(FTO)/纳米TiO_2层/钙钛矿层结构的光吸收性能进行分析。采用电流-电压曲线(I-V曲线)对不同纳米TiO_2层的钙钛矿太阳能电池性能进行了测试分析。结果表明,与旋涂法、原子层沉积方法相比,采用磁控溅射制备的纳米TiO_2层作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池具有最佳的转换效率。     

添加B对包渗法制备MoSi2涂层显微组织及静态抗氧化性能的影响

采用包渗法在Mo基体表面制备了B强化的MoSi2涂层,研究了涂层的显微结构、元素分布、相组成以及静态高温抗氧化性能。结果表明:涂层与基体之间通过扩散形成牢固的冶金结合,涂层整体厚度为80～120μm,共由三层组成。涂层中B元素沿晶界扩散富集引起的晶格畸变,使得Si在MoSi2中的扩散系数减小,导致B强化MoSi2涂层中间层厚度相对纯MoSi2涂层中间层厚度减小,但涂层整体厚度增大。经1200℃静态氧化2h后,B强化的Mo-Si2涂层失重为0.6mg/cm2,大大小于纯MoSi2涂层失重量(1.3mg/cm2),表面生成一层致密的SiO2为主体的氧化膜,阻止了涂层的进一步氧化。     

Ir-Ru-Sn/Ti阳极的腐蚀失效机理

针对Ir O2-RuO2-SnO2三元钛阳极开展强化电解试验,通过物理表征和电化学测试,讨论了不同电解时间下涂层阳极的电催化活性、表面形貌和涂层损耗的变化情况,揭示了涂层阳极的失效是活性组分的大量溶解和基体的局部氧化导致。     

混合稀土掺杂对宽带激光熔覆梯度生物陶瓷涂层生物活性的影响

为了在钛合金表面获得具有生物活性和生物相容性的陶瓷成分涂层,运用梯度设计思想,采用宽带激光梯度激光熔覆技术,在钛合金表面制备添加不同含量Y2O3+CeO2混合稀土氧化物的陶瓷成分涂层。利用X衍射全自动测试仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM),研究不同混合稀土氧化物含量对涂层生物活性的影响。结果表明:固定0.4%(质量分数)Y2O3,CeO2的添加量在0%~0.8%变化,当CeO2的添加量在0.2%~0.4%时,激光熔覆过程中催化合成的生物活性相HA和β-TCP最多,经模拟体液(SBF)浸泡14 d后,涂层表面的类骨磷灰石最多且分布均匀。细胞学实验也表明,涂层表面细胞生长正常且数量最多。因此,含0.2%~0.4%CeO2的梯度生物陶瓷成分涂层具有最佳的生物活性。     

提高Ti-6Al-4V合金与生物活性涂层结合强度的研究

采用搪瓷工艺利用含有磷灰石和硅灰石的生物活性玻璃陶瓷(A-W)对钛合金Ti-6Al-4V进行两次涂层.对钛合金基体表面在不同温度与时间下进行预氧化处理,形成氧化物过渡层,作为玻璃和金属间粘结的媒介.氧化膜的厚度在3～6μm时,涂层与基体结合良好.最佳预氧化工艺为950℃×10min.通过喷砂使表面粗糙度增加,利于元素的扩散及化学键合,提高了涂层与基体的结合强度.钛合金经涂烧后制备的生物活性复合材料符合人工关节的性能要求.     

金属粘结层厚度对大气等离子喷涂陶瓷涂层粘结强度的影响

应用于金矿开采业中的球阀在服役过程中由于受颗粒磨损,泥浆侵蚀,涂层粘结力/内聚力或者剪切力不高而发生破坏。修复价格昂贵耐腐蚀合金(CRA)球阀典型的工艺是:对合金基体进行钨极惰性气体保护焊(GTAW),球阀表面打磨,以及利用大气等离子喷涂(APS)技术在球阀表面制备陶瓷热喷涂涂层(TSC)。另一种修复方法是利用机加工使球尺寸减小,然后在陶瓷层下面沉积一层较厚的金属粘结层(MBC)以保证球阀的原始尺寸。本文研究了按照ASTM C633标准检测大气等离子喷涂陶瓷涂层的结合强度是否与超音速火焰喷涂的NiCrMo(哈氏合金)金属粘结层的厚度极限有关。实验所用的基体材料为三种耐腐蚀合金(CRA):钛G12,铬镍铁合金625以及2507双相不锈钢,在这三种基体表面沉积了8种不同厚度的金属粘结层。金属粘结层的厚度分别是:0.0015英寸,0.005英寸,0.015英寸,0.030英寸,0.045英寸,0.060英寸,0.075英寸以及0.090英寸。利用大气等离子喷涂工艺在上述8种不同厚度的金属粘结层表面喷涂厚度为0.015英寸的Cr_2O_3,Cr_2O_3-Al_2O_3和TiO_2这三种陶瓷涂层。对样品做了如下测试:涂层结合强度(ASTM C633)测试,金相显微组织分析(ASTM E1920),涂层孔隙率(ASTM E2109方法 B)测试。