Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的研究进展

评述了Ti6Al4V合金表面耐磨涂层的最新研究进展，特别对新的微弧氧化陶瓷涂层予以关注，并由此提出了深入研究的方向。     

磷酸表面处理复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金抗氧化性能的影响

研究磷酸表面处理和复合SiO2涂层对Ti-6Al-4V合金600℃下空气中抗氧化性能的影响。结果表明:600℃氧化24h后,磷酸表面处理使Ti-6Al-4V合金平均氧化速率下降了近75%,复合非晶SiO2涂层样品600℃等温氧化100h后,平均氧化速率比空白样品降低一个数量级,抗氧化性能与单独的磷酸处理比较进一步提高。磷酸表面处理和复合SiO2涂层样品的氧化膜致密性增强且与基体的黏附性良好,二者氧化膜中TiO2的体积分数均低于空白样品。磷酸表面处理形成的TiP2O7层与SiO2涂层共同抑制了O的内扩散和Ti的外扩散。     

电流密度对水热电化学沉积HA涂层性能的影响

在含0.15mol/L HF,2mol/L H_3PO_4的水溶液中对Ti6Al4V基体进行阳极氧化处理,然后在0.02mol/L CaCl_2,0.012mol/L K_2HPO_4·3H_2O,0.139mol/L NaCl的电解液中采用水热电化学沉积方法在预处理的Ti_6Al_4V基体表面制备羟基磷灰石(HA)涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、台阶仪和万能材料试验机等研究沉积过程中电流密度大小对HA涂层物相、微观形貌、厚度、生物活性及结合强度的影响。结果表明:采用水热电化学沉积方法在不同电流密度下均制备出了HA涂层,涂层表现为分层生长,部分晶体呈花簇状。HA的厚度随电流密度的增加先增大后减小,在1.25mA/cm~2时达到最大为26.4μm,此时涂层最为致密,与基体的结合强度最高,约为20.0MPa。模拟体液(SBF)浸泡实验能较快诱导类骨磷灰石(CHA)的生成,最大直径达到7~8μm,表明涂层具有较好的生物活性。     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备及场发射性能

采用阳极氧化法以HF水溶液为电解液制备二氧化钛(TiO2)纳米管阵列,用场致发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对纳米管阵列的表面形貌、断面结构及元素组成进行表征,并使用场发射测试系统测试其场发射性能,研究了HF水溶液的pH值对TiO2纳米管阵列形貌(管径及管长)的影响。结果表明:调节电解液的pH值可改变TiO2纳米管阵列的形貌,从而提高其场发射性能。当电解液pH值为2.0时TiO2纳米管阵列的场发射开启场强降为2.52 V/μm,且具有较好的电流稳定性。     

IrO2-Ta2O5/Ti阳极的研究进展

综述了金属氧化物涂层电极的发展现状,介绍了目前析氧领域广泛应用的铱系涂层钛电极———IrO2-Ta2O5/Ti涂层电极的特点,指出了制备过程中影响IrO2-Ta2O5/Ti涂层电极性能的因素,介绍了IrO2-Ta2O5/Ti涂层电极的改进方法,并对IrO2-Ta2O5/Ti涂层电极今后的发展方向作了展望。     

Ti3AlC2的高温临氢行为

研究了Ti3Al C2体材料在氢气氛中的高温(1100~1400℃)热稳定性。采用XRD、SEM、SIMS和Raman分析等手段对Ti3Al C2临氢反应前后的物相组成、表面形貌进行了表征;使用热力学软件Factsage计算了反应过程中的气态产物。结果表明,在1100~1400℃氢气氛条件下有少量H溶解在Ti3Al C2材料中,Ti3Al C2发生了以Al元素缺失为特征的有限程度的分解反应。缺失的Al元素与气氛中极微量的氧反应形成了均匀但不致密的Al2O3膜;而当反应温度为1400℃时,Al2O3膜发生了明显的脱落。使用热力学软件的计算结果预测,部分缺失Al元素与H2反应生成气体产物Al H。初步的研究结果表明,在1300℃以下Ti3Al C2具有较好的耐氢性能。     

表面制备SiO2涂层的Ti2AlNb基合金高温氧化激活能研究

利用溶胶-凝胶法在Ti2AlNb基合金表面制备非晶SiO2涂层,测定了涂层样品和空白样品在800℃和900℃下空气氧化增重动力学数据,通过线性拟合获取试样在不同温度下的氧化速率常数。根据氧化速率常数的Arrhenius关系,计算试样在800℃和900℃高温环境中的氧化激活能。结果表明,涂层样品较空白样品的氧化速率常数降低,氧化激活能升高。     

阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列

采用阳极氧化法在乙二醇体系电解液中制备TiO2纳米管阵列,获得了长度为15~20μm的底端纳米管与顶端纳米线的新型复合结构。讨论了电解液中不同含水量对该复合结构形成的影响,并采用两步阳极氧化法对该结构的形成机理进行了分析。结果表明,当乙二醇体系电解液含有0.4%(质量分数)NH4F和2%(体积分数)H2O时,电解液腐蚀速度适中,纳米管上端部分被选择性腐蚀,最终形成纳米管与纳米线的复合结构。     

二组元（RuO2-TiO2）及三组元（RuO2-SnO2-TiO2）Ti阳极涂层的微观组织对其电化学性能的影响

通过热分解法制备了二组元（RuO₂-TiO₂）和三组元（RuO₂-SnO₂-TiO₂）Ti阳极涂层,并通过SEM、XRD以及电化学工作站对其结构及性能进行测试。结果表明：在烘干温度130 ℃,热氧化温度500 ℃,烧结时间15 min,退火时间1 h的条件下,所制备的三组元（RuO₂-SnO₂-TiO₂）Ti阳极涂层性能较为优异,析氯电位为1.128 V,析氧电位为1.674 V。在二组元（RuO₂-TiO₂）涂层中加入Sn组元,可以减少贵金属Ru的使用量,降低钛阳极涂层的成本;而且所形成的SnO₂可提高涂层表面的电催化活性,降低电极的析氯电位、析氧电位,延长电极的工作寿命。     

电流密度对复合氧化法制备涂层结构的影响

对TiO2薄膜涂层的结构、形貌、元素组成、硬度进行了观察和测量,研究了电流密度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔TiO2涂层的结构和性能的影响.结果表明:电流密度对多孔TiO2涂层的结构和性能有很大影响.随着电流密度的增加,涂层的锐钛矿型TiO2含量减少,金红石型TiO2含量增加,涂层表面微孔孔径增加,凹凸起伏变得明显,显微硬度增加,钙磷原子比也发生了变化.当电流密度为20,40,60,80和100 mA/cm2时,涂层的钙磷摩尔比为1.22,1.60,1.89,2.01,2.12.在40 mA/cm2电流密度下可得到结构和性能较理想的多孔TiO2梯度涂层.     

Ti6Al4V表面纳米多孔氧化膜的电解制备及形成机理研究

在(NH4)2SO4/NH4F电解液中,采用阶段升压至预定电压,然后恒压阳极氧化在Ti6Al4V表面制备出纳米多孔氧化膜。利用SEM、XRD对纳米多孔氧化膜进行表征。研究表明,电解液pH值和外加电压对纳米多孔氧化膜形成和形貌影响非常大。电解液的pH值=4.0,恒压为20V时,形成孔均匀规整的纳米多孔氧化膜,孔内径约为85nm。纳米多孔氧化膜形成机理是:首先钛合金表面钝化,在F-作用下钝化表面发生孔蚀而形成原始胚胎孔,然后胚胎孔处氧化膜在电场支持下发生场致溶解而成大孔。     

MTES含量对Al2O3/有机硅/SiO2杂化涂层性能的影响

以正硅酸乙酯（TEOS）、甲基三乙氧基硅烷（MTES）、二苯基二甲氧基硅烷（DDS）和仲丁醇铝（ASB）为原料,制备Al₂O₃/有机硅/SiO₂杂化涂层,测试了涂层的物理性能、耐热和电化学阻抗,研究了MTES含量对其性能的影响。结果表明:随着MTES含量的增加,硬度和耐冲击性先增大后减小;柔韧性和附着力良好且变化不大;当n（ASB）:n（TEOS）:rn（MTES）:n（DDS）=1:3:9:1时,Al₂O₃/有机硅/SiO₂杂化涂层的耐热和耐蚀性能最佳。     

Al(Ni)含量对钛合金激光熔覆AlNiMoSi复合涂层摩擦学性能的影响

研究含Al、Si元素涂层的摩擦学性能可为其应用提供重要的理论参考。以Al、Ni、Mo、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面制备了Al质量分数分别为20%(Ni的为40%),30%(Ni的为30%),40%(Ni的为20%)的AlNiMoSi复合涂层,分别命名为20Al、30Al、40Al复合涂层。采用XRD、SEM和EDS分析了涂层的物相和显微组织,并测试了复合涂层的干滑动磨损性能。结果表明:20Al、30Al和40Al复合涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.380,0.258,0.325和9.36×10~(-5),8.43×10~(-5),1.05×10~(-4)mm~3/(N·m),30Al复合涂层的磨损性能最好,主要是因为该涂层中TiC和Ti3Al含量较高;20Al和40Al复合涂层的磨损机理主要为黏着磨损和磨粒磨损,30Al复合涂层的磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。     

热氧化对钛合金表面氧化层的影响

对钛合金Ti6Al7Nb(以下简称TAN)和Ti6Al4V(以下简称TAV)通过热氧化处理获得表面氧化层,用金相显微镜、维氏硬度计、XRD和XPS等手段对氧化层的性能进行表征。结果表明:相同氧化温度和氧化时间,TAN合金较TAV合金表面形成的氧化层更薄、致密度更好;合金表面硬度随热氧化温度的升高和氧化时间的延长而增加,但温度过高(TAN:1000℃;TAV:900℃)会使氧化层疏松多孔,硬度反而会下降;通过XPS对不同温度短时间氧化样品进行表面分析发现,氧化温度对合金中Nb添加元素的氧化行为影响较小,对V添加元素的氧化行为影响剧烈。两种合金元素对氧化过程有着显著的影响。     

阳极氧化制备TiO2纳米多孔膜

分别在氢氟酸和硫酸两种电解液体系下对纯钛(TA1)试样进行阳极氧化,在钛的表面获得TiO2纳米多孔膜.利用膜的颜色的不同来判断膜的厚度的变化,用FESEM观察了孔的形貌和结构并用XRD测试了TiO2膜的晶型,进而研究了阳极氧化电压对孔径和多孔膜晶型的影响并对多孔膜的形成机理进行了阐述.     

钛合金微弧氧化膜成分特性分析

钛合金微弧氧化膜层硬度大、耐蚀性好、电绝缘性好,可用于耐磨、耐蚀零件的处理.介绍了钛合金微弧氧化技术现状,采用引进设备,通过控制电压、电流密度、电解液浓度等参数在Ti6Al4V表面生成了膜层;测试了膜层的厚度、粗糙度、显微硬度及绝缘电阻值;采用X射线衍射及扫描电镜并结合能谱仪研究了膜层的结构、形貌及元素;分析了膜层的形成机理.结果表明,膜层厚度为22 μm,粗糙度Ra为2.0 μm,显微硬度为HV 2 200,绝缘电阻值为5 MΩ,包含非晶相和晶相-钛组织,是由膜层基体和大量的直径只有几微米的孔洞组成,主要包含O,Si,Ti和Al元素.     

TiB2基RuO2+TiO2涂层的电催化性能

用磁控溅射法在钛基体表面溅射TiB2中间层,以此为基体用热分解法制备了(Ru,Ti)氧化物涂层钛电极,用SEM、XRD、电化学工作站等手段对样品的性能和结构进行了表征。结果表明,含TiB2中间层的钛阳极表面涂层具有非连续状裂纹结构,钛基体和氧化物涂层的界面呈现紧密结合的状态,其电催化析氯性能优于传统钛阳极。选用TiB2中间层作为催化电极的载体,可改善基体和氧化物涂层的结合,延缓涂层的脱落,可避免基体和涂层间生成TiO2电阻膜,延缓涂层的失效;加入TiB2中间层可降低内阻,改善电子的传输能力,降低析氯电位,提高电极的催化活性和节能降耗。     

Ag的掺入对MTa2O5多层复合涂层的微观结构、 耐蚀性和抗菌性能的影响

采用磁控溅射技术在Ti6Al4V合金表面制备了含Ag和不含Ag的Ta_2O_5/Ta_2O_5/Ta_2O_5-TiO_2/TiO_2/Ti多层复合涂层(分别用Ag-MTa_2O_5和MTa_2O_5表示),通过SEM、XRD、EDS、纳米压痕仪、电化学工作站和平板计数法,对涂层试样进行表征与检测。研究结果表明,Ag的掺杂对MTa_2O_5多层涂层的结构和性能有重要影响。与MTa_2O_5涂层相比,Ag-MTa_2O_5涂层表面的晶粒变粗、致密度降低、机械性能和耐腐蚀性能略有下降;但Ag-MTa_2O_5涂层的抗菌率为100%,显示出优异的抗菌性能。     

阳极氧化法制备纳米ZnF2

室温下通过电化学阳极氧化法制得了纳米ZnF2.实验以Zn片作为阳极,Pb片作为阴极,NH4 F-H2O2C2H5OH作为电解质.利用SEM、EDS和XRD方法对所得产物的形貌、成分和结构进行了表征.结果表明,所得产物为长约100～250nm、宽约50～100nm的菱形纳米颗粒,物相归属为ZnF2和ZnO,其中ZnO含量...     

Al2O3纳米粒子对镁合金阳极氧化的影响研究

通过在阳极氧化液中添加纳米Al2O3,在镁合金表面制备了复合阳极氧化膜。采用扫描电镜、能谱仪、动电位极化测试以及往复摩擦磨损实验研究了纳米Al2O3的添加量对阳极氧化过程、形貌及氧化膜性能的影响。结果表明,纳米颗粒的加入,增大了溶液电阻,从而使得成膜电压提高。纳米粉末的添加量与复合氧化膜的性能没有线性相关性。当电解液纳米颗粒的浓度为10g/L时,可以获得表面光滑平整、孔径细小均匀的复合氧化膜,此时复合氧化膜具有最优的耐蚀性和耐磨性能。