Fabrication of Mesoporous Hydroxycarbonate Apatite/Polyaniline Composite Coatings on Ti6Al4V Substrates

采用电泳沉积法在 Ti6Al4V 基体上形成碳酸钙/聚苯胺复合涂层,然后经磷酸缓冲溶液 37 ℃下浸泡处理得到介孔碳酸根型羟基磷灰石/聚苯胺复合涂层。无裂纹的碳酸钙/聚苯胺复合涂层通过溶解-沉积反应转化成具有片状结构的碳酸根型羟基磷灰石/聚苯胺复合涂层,介孔和大孔分别存在于片状磷灰石内部和之间。模拟体液浸泡实验表明,多孔结构可以提高涂层的体外磷灰石形成活性,类骨型磷灰石首先沉积在介孔上,然后随着浸泡时间的延长逐渐覆盖所有大孔。此外,碳酸根型羟基磷灰石/聚苯胺复合涂层的体外磷灰石形成活性与聚苯胺纳米线有关,聚苯胺上的官能团(H2PO4-)不仅可以提高局部过饱和度,而且可以促进类骨型磷灰石的形核和生长。     

Ti6Al4V表面激光熔覆Ti/TiBCN复合涂层研究

目的 提高Ti6Al4V表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性。方法 采用激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备Ti/TiBCN复合涂层,研究不同激光比能对涂层组织与性能的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、显微维氏硬度计、电化学工作站和往复摩擦磨损试验机研究了涂层的相组成、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性和耐磨性。结果 当激光比能为13.3 kJ/cm2、TiBCN含量为70%时,Ti/TiBCN复合涂层质量最好。涂层上部由胞状晶、花瓣状结构、须状结构和等轴α相组成,涂层中部主要由粗大TiBCN枝晶组成,涂层下部由针状结构和类球形TiBCN颗粒组成。与Ti6Al4V基体相比,涂层硬度达1050HV0.2,约为基体显微硬度（340HV0.2）的3.0倍。基体自腐蚀电位为-1.388 V,自腐蚀电流密度为-6.33 A/cm2;涂层自腐蚀电位为-1.173 V,自腐蚀电流密度为-6.22 A/cm2。摩擦磨损实验中,涂层出现轻微的剥落、磨粒磨损式的浅短磨痕和颗粒碎屑,基体表面出现较多犁沟式磨损。涂层的平均摩擦因数为0.174,约是基体（0.323）的1/2;涂层的磨损量为1.152 mg,约是基体（6.723 mg）的1/6。结论 当激光比能为13.3 kJ/cm2时,涂层的组织均匀致密,硬度显著提高,耐腐蚀性和耐磨性优于基体。     

生物医用Ti6Al4V合金表面Nb涂层的耐磨性和耐腐蚀性

为了提高生物医用Ti6Al4V合金的耐磨性和耐腐性能,采用双辉光等离子体表面冶金技术在其表面制备了均匀致密的Nb涂层.结果表明:Nb涂层主要由Nb和金属间化合物AlNbTi2和AlNb2组成.相比Ti6Al4V基材,Nb涂层的显微硬度是其的2倍,Nb涂层的平均摩擦系数和磨损率分别下降了 14％和95.4％,Nb涂层的主要的磨损机制为粘着磨损.Nb涂层的腐蚀电位(Ecorr)和极化电阻(Rp)较高,腐蚀电流密度(Icorr)较低,表明具有优良的耐腐蚀性,且具有Nb涂层的Ti6A14V合金的孔隙率仅为3.1％,大大降低了侵蚀性介质与基材接触的可能性.     

Ti6Al4V表面电弧离子镀TiAlN涂层的高温防护性能

采用独立的高纯钛靶和铝靶，在TC4钛合金基材表面以电弧离子镀工艺沉积制备了TiAIN涂层。利用扫描电镜（SEM）对比分析了钛合金基体和涂层氧化前后的表面形貌，利用能谱仪（EDS）分析了氧化前后的表面成分变化，利用X射线衍射（XRD）分析了氧化前后的相结构。结果表明，TiAlN涂层表现出很好的高温稳定性能，显著改善了钛合金的高温抗氧化性。     

电弧喷涂Ti6Al4V涂层的组织与耐蚀性能研究

采用电弧喷涂技术在Q235钢基体上喷涂Ti6Al4V涂层,并对涂层进行封孔处理.表征了涂层的物相组成和微观形貌,通过盐水浸泡实验和极化曲线测试对比分析了Q235钢基体、未封孔涂层和封孔涂层的耐腐蚀性能.结果表明:涂层呈典型的层状特征,物相组成为TiN,TiO和少量的Ti;未封孔涂层与封孔涂层均具有较宽的钝化电位区间,封...     

Ti6Al4V表面TiN/Ti复合膜的制备及摩擦学性能研究

采用直流磁控溅射法在Ti6Al4V表面制备TiN/Ti复合膜。分别用FESEM、GDEOS和XRD分析薄膜表面的成分及相结构;利用划痕仪分析膜基结合强度;通过球盘磨损机和轮廓仪测试磨痕形貌和磨损体积,评价膜层的摩擦学性能。结果表明,TiN/Ti复合膜表面致密光滑,呈金黄色金属光泽;膜基结合强度大于100 N;表面镀有TiN/Ti复合膜的Ti6Al4V合金虽没有减磨作用,但提高了耐磨性。     

Cu/Mo双涂层改性SiCf/Ti6Al4V复合材料的界面与性能

采用箔-纤维-箔(FFF)法分别制备无涂层、C涂层和Cu/Mo双涂层改性的SiCf/Ti6Al4V复合材料,对制备态复合材料的力学性能和界面微观组织进行对比分析,进一步研究不同真空热暴露处理对Cu/Mo双涂层改性复合材料的界面微区的影响规律。结果表明,制备态下Cu/Mo涂层比C涂层较好地改善了复合材料的界面组织和性能,且对基体和纤维中元素扩散均具有一定的阻挡作用;求得900℃下SiCf/Cu/Mo/Ti6Al4V界面反应的生长动力学公式为H=1.380t1/2+5.397。     

热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响

在873~1023 K保温10 h条件下对Ti6Al4V进行热氧化处理。采用X射线衍射仪,辉光光谱分析仪和光学显微镜分析热氧化层的特征。借助MFT-R4000往复式摩擦磨损试验机研究热氧化温度对Ti6Al4V耐磨性的影响。结果表明:Ti6Al4V表面的热氧化层均匀、连续;热氧化温度对氧化层的形成、表面硬度和耐磨性有显著影响;973 K获得的氧化层表面硬度最高,磨损失重最低,磨痕宽度最小,耐磨性能最好。     

Ti6Al4V无氢离子氮化工艺研究

对Ti6Al4V进行以氮气为气源的无氢离子氮化工艺研究,氮化温度分别为700、750、800和900℃,保温时间4 h,通过金相检验、显微硬度测定和X射线衍射结构分析,研究了离子氮化温度等参数对渗层厚度、硬度和组织结构的影响规律。结果表明:温度是影响无氢离子氮化渗层厚度、硬度的主要因素,900℃的氮化层表面硬度达到897 HV,渗层厚度达到0.32 mm;氮化层由Ti2N(ε相)和TiN(δ相)组成。     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

目的提升选区激光熔化成形(SLM)Ti6Al4V合金的生物活性。方法研究了不同电压对微弧氧化技术(MAO)在SLMTi6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能,并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析(FT-IR)等检验涂层的生物活性。结果经过微弧氧化处理,SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层,涂层的主要物相为锐钛矿,涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层,表面均匀,钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一,厚度适宜,为3.19μm,且随着涂层增厚,基体元素Ti含量下降,Ca、P和O元素的含量增加。300V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好,膜层在SBF溶液中浸泡35天后,钙、磷比由0.73增加到1.2,并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V,经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。     

Characteristics and cyto-compatibility of Collagen/Ca-P coatings on Ti6Al4V substrate

The surface modification method for a substrate affects its cyto-compatibility. Collagen coating has been considered as an effective way to vary the biological interactions occurring on the Ti6Al4V substrate. However, a uniform collagen coating is difficult to be prepared by direct collagen coating method. In this study, a simple and efficient method was developed to coat a homogenous collagen top layer on a Ti6Al4V sample that was precoated with a biomimetic Ca-P intermediate layer. Scanning electron microscopy (SEM) observations show that a non-uniform collagen coating formed on the surface of a pristine Ti6Al4V substrate, whereas a continuous and homogenous collagen coating formed on a Ti6Al4V surface pre-coated with Ca-P. Human osteosarcoma cells (HOS) were cultured and their cell morphology examined using SEM after 3 and 24 h. After seeding the cultured cell onto the substrates, cell proliferation was measured using the AlamarBlue assay at 1, 5, and 10 days. It was found that cells seeded onto collagen and Collagen/Ca-P coated substrates yielded well-developed filopodia and lamellipodia. However, the cell proliferation of Collagen/Ca-P was significantly higher than those of the other specimen for 5- and 10-day culture specimen. These results suggest that the proposed method can be used to deposit a uniform collagen coating on specimens for biomedical applications.     

钛合金表面声电沉积/碱热处理法制备HA涂层研究

为了使钛合金(Ti-6Al-4V)具有生物活性,可在其表面施加生物活性羟基磷灰石(HA)涂层.对比了声电沉积法和碱热处理法实验结果,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子能谱(EDS)、傅立叶红外透射光谱(FTIR)以及划痕测试等进行了分析.结果表明,直接采用声电沉积法在钛合金表面制备的羟基磷灰石涂层,经热处理后存在龟裂剥落现象;通过碱热处理法,对钛合金基体表面进行预处理,然后,借助声电沉积法,在钛金属表面沉积了透钙磷石涂层,经热碱液处理转变成的羟基磷灰石涂层,涂层完整,未出现剥落.经进一步高温烧结处理,所制涂层仍呈片状形貌,其由部分含钠的羟基磷灰石组成,而且HA涂层破坏的临界载荷未烧结前的4.365 N提高至烧结后的8.175N.     

Ti6Al4V车削刀具磨损及切削力研究

Ti6Al4V是典型的难加工材料，切削效率低、刀具磨损严重严重，因此提高Ti6Al4V的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。作者对硬质合金刀具加工Ti6Al4V的切削力和磨损特性进行了实验研究。对三种不同刀具在干切削状态下车削Ti6Al4V切削力进行了试验，分析了切削力与切削速度、切削路程的关系，同时讨论了主偏角对TC4车削稳定性的影响。最后，对刀具的的磨损形态和磨损机理进行了研究。粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。     

电弧喷涂Ti6Al4V涂层组织与耐磨损性能

采用ZPGD-400型电弧喷涂机在Q235钢基体上喷涂Ti6Al4V涂层,并借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计及滑动磨损试验机对喷涂涂层的显微组织、结合状态、硬度以及磨损表面进行分析.结果表明,Ti6Al4V涂层组织呈典型的层状特征,孔隙少,涂层与基体结合紧密,涂层平均显微硬度1013 HV0.2其耐磨损性能为Q235钢的20倍,磨损机制主要为剥层磨损和粘着磨损.     

Ti6Al4V线性摩擦焊数值模拟

针对线性摩擦焊基本理论和典型焊接过程,讨论了焊接过程中的摩擦产热机制;依照运动学原理推导了焊接过程的产热方程;采用热力耦合有限元方法建立了焊接过程不同阶段的二维弹塑性有限元计算模型,分别用于工件温度场、应力场及应变场的计算.利用有限元分析软件ANSYS网格重划功能处理了焊接过程中的几伺非线性、材料非线性问题,实现了线性摩擦焊金属排出过程的模拟.选取钛合金Ti6Al4V作为试验对象,初步讨论了线性摩擦焊金属排出物的宏观形态及其形成原因.     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层研究进展

Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层能显著提高合金的摩擦磨损、高温抗氧化性能。本文在总结和评述Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层材料体系及性能的基础上,提出了该工艺存在的不足及解决途径,并对其发展进行了展望。     

SiC/Ti6Al4V复合材料界面反应产物的形成序列及扩散路径

通过SiC/Ti6Al4V钛基复合材料的制备及在不同条件下的热处理试验，利用SEM，EDS及XRD分析技术研究复合材料界面反应产物相的形成及反应元素的扩散路径。结果表明：反应元素如C，Ti，Si在界面反应层中出现浓度波动，合金元素Al并没有显著扩散进入界面反应产物层，而是在界面反应前沿堆积，其界面反应产物被确认为Ti3SiC2，TiCx，Ti5Si3C，和Ti3Si；在界面反应初期，存在着TiC＋Ti5Si3Cx双相区，当形成各界面反应产物单相区时，SiC／Ti6Al4V复合材料界面反应扩散的完整路径应为：SiC ｜ Ti3SiC2 ｜ Ti5Si3Cx ｜ TiCx ｜ Ti3Si｜ Ti6Al4V＋TiCx；界面反应产物层的生长受扩散控制，遵循抛物线生长规律，其生长激活能Q^k及k0分别为290.935 kJ·mol^-1,2.49× 10^-2 m·s^-1/2.