电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。     

微弧氧化法制备V2O5/TiO2复合膜的结构及光催化性能

在磷酸盐和偏钒酸盐电解液中对纯钛进行微弧氧化,利用XRD、SEM、UV-Vis表征膜层的结构及光物理特性,考察了膜层的光催化性能.结果表明,磷酸盐溶液中形成的膜层(P-TiO2)主要由锐钛矿组成,膜层表面光滑、孔径分布均匀;偏钒酸钠溶液中的膜层(V-TiO2)由锐钛矿、金红石及V2O5组成,膜层表面粗糙,孔洞较少.P-TiO2和V-TiO2的带隙宽度分别为3.14 eV和2.28 eV;紫外光照射14 h,V-TiO2对罗丹明的降解率由P-TiO2的30%提高到61%.     

微弧氧化时间对二氧化钛薄膜微观结构与性能的影响

为提高钛表面原位生长TiO2薄膜层的光催化活性,在恒定电流下,研究了微弧氧化时间对所得膜层光催化活性的影响.利用XRD、SEM和分光光度计研究了氧化膜的相组成、微观结构和光降解效率.结果表明:随氧化时间的延长,涂层表面微孔孔径增加,粗糙度和膜厚变大,微孔数量减少;微弧氧化膜主要由金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2组成,随氧化时间的延长,金红石相所占比例逐渐增大;膜层具有较高的光催化活性,该能力主要取决于膜内锐钛矿型TiO2的含量,且随着光照时间的延长而提高,并最终趋于稳定.     

梯度多孔Ti的微弧氧化研究

在硫酸电解液中对致密Ti和梯度多孔Ti样品进行微弧氧化研究。分析了孔隙特性、电流密度和电解液组成对微弧氧化过程中起始电压、击穿电压、起弧时间、氧化膜形貌和厚度的影响,并测量了微弧氧化膜的物相组成。结果表明:与致密Ti样品相比,梯度多孔Ti样品的起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,氧化膜层厚度增加。随着电流密度的增加,梯度多孔Ti微弧氧化反应剧烈,表面膜层的微孔直径增大,孔洞变小,膜层表面粗糙度增加,膜层变厚。当在硫酸电解液中加入少量硝酸镧后,微弧氧化起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,表面氧化膜的平均孔径从200nm增加到2μm左右,膜层厚度从27.6μm增加到35.6μm,膜层表面粗糙度增加。XRD分析表明,微弧氧化膜主要由Ti、锐钛矿TiO2和金红石TiO2相组成,其中以锐钛矿TiO2为主。     

占空比对钛合金微弧氧化生物膜的影响

采用β-甘油磷酸钠和醋酸钙组成的混合电解液制备钛合金微弧氧化陶瓷膜。研究了脉冲电信号占空比对Ti6Al4V合金膜层形貌、膜厚、膜与基体的结合强度、以及膜组成相的影响。研究结果显示:随着占空比的增大,合金膜层表面的微孔数目增多、尺寸变大、膜层变厚,但膜层增长的速度变得缓慢;膜与基体的结合强度在下降,但仍然很高;组成相中锐钛矿型Ti O2的含量会减少,而金红石型Ti O2的含量将逐渐增加。这些说明占空比对Ti6Al4V合金微弧氧化生物膜的形成有重要影响。     

纯钛表面微弧氧化多孔陶瓷膜的结构特性

采用微弧氧化处理技术和电解液成分的优化设计,在纯钛表面制备了含钙磷的多孔复合陶瓷膜,并考察了陶瓷膜的表面形貌、截面形貌、化学成分、物相构成、生物活性及其与基体的结合强度等特性。研究结果表明:纯钛表面微弧氧化后形成了凹凸不平的多孔陶瓷膜,整个膜层分为表层疏松层、中间过渡层和内部致密层三个区域,总厚度为25～40μm,膜层与基体的界面呈"锯齿状"紧密结合。膜层主要由金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2构成;膜层中含有Ca,P,O,Ti四种元素,其钙磷比ω(Ca)∶ω(P)为1.528;膜层中的Ti,Ca,P元素呈梯度分布,由表及里Ti含量逐渐增多,Ca和P含量逐渐减少,O元素分布比较均匀。含钙磷多孔复合陶瓷膜具有良好的生物活性,样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡4d即有羟基磷灰石(HA)形成;膜层与基体具有高的结合强度,在450V和600Hz时膜层的临界载荷值高达29.5N。     

Ti6Al4V微弧氧化TiO2/W复合膜的制备及摩擦学性能

目的提高Ti6Al4V合金的摩擦学性能。方法在硅酸盐-磷酸盐电解液中添加不同浓度的纳米W粉,利用微弧氧化技术在Ti6Al4V基体表面制备出氧化陶瓷膜。利用FE-SEM、EDS和XRD研究了在不同浓度W粉参与下的微弧氧化膜表截面微观形貌、元素分布及膜层相组成。通过旋转摩擦磨损试验评估了膜层的摩擦学性能。结果电解液中加入纳米W粉可以促进膜厚增长,尤其在含0.5～2 g/L纳米W粉时,膜厚呈近似线性增长;但W粉在膜层表面的附着会导致粗糙度的增大。在纳米W粉参与下,微弧氧化膜中除了锐钛矿、金红石和Al_2TiO_5相之外,W含量也随电解液中颗粒含量的增加而提高。在6 g/L纳米W粉复合下,微弧氧化膜的摩擦系数、比磨损率分别减小了约13.33%和3.53%。结论 W粉颗粒以机械啮合附着在氧化膜表面,部分颗粒随熔融氧化物包裹进入膜层并发现熔化迹象。W粉含量为6 g/L时,制备的氧化膜表面质量有所改善,即微孔和裂纹等有所减少,耐磨性较佳,摩擦系数和比磨损率较不含W粉的膜层均有所减小。     

Effect of Electrolytic Solution Concentrations on Surface Hydrophilicity of Micro-Arc Oxidation Ceramic Film Based on Ti6Al4V Titanium Alloy

在不同电解液浓度的钙盐和磷酸盐混合体系中对Ti6Al4V合金进行微弧氧化(MAO)以改善其微观结构和亲水性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的显微结构、物相组成、厚度以及亲水性能进行研究。结果表明:所制备的微弧氧化膜表面为粗糙多孔结构,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石。随磷酸二氢钾浓度升高,羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面多孔,且有较多含Ca、P的羟基磷灰石相,陶瓷膜的亲水性能提高,使得微弧氧化陶瓷膜的生物相容性得到提高。     

氧化时间对Ti6Al4V合金微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明,随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为Ti O2;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

TA2表面微弧氧化-水热合成复合陶瓷膜层结构及其表面能分析

采用微弧氧化-水热法在纯钛TA2表面制备了含有羟基磷灰石、金红石相Ti O2及锐钛矿相Ti O2的复合陶瓷膜层。观测与分析复合陶瓷膜层的微观形貌、元素成分、粗糙度及相组成,探讨水热时间对其结构及表面能的影响。结果表明,水热处理后膜层表面结晶形核出大量光滑且较规则的条柱状及针状HA颗粒,不同水热时间的膜层表面基本组成元素均为Ti、O、Ca、P。随着水热时间的延长,膜层表面HA晶粒增多,体积增大,表面粗糙度呈现先下降后上升的趋势。膜层表面与水的接触角在116.0o~140.2o之间,均大于纯钛TA2基材与水的接触角77.3o,疏水性能增强;膜层表面能为150.7~282.9 m J·m~(-2),较纯钛TA2基材的27.5m J·m~(-2)提高了4倍以上。粗糙度的改变是导致膜层表面能提高的主要因素。     

工艺参数对铝合金微弧氧化膜层蛇纹石含量的影响

为探究工艺参数对铝合金微弧氧化膜层中蛇纹石含量的影响,采用微弧氧化技术,分别在双向恒压、单向恒压和单向恒流模式下,在添加蛇纹石微纳米颗粒的电解液中进行试验,在ZL109铝合金表面原位生长陶瓷层。采用SEM、EDS及XRD对膜层进行分析。结果表明:在单向恒压和单向恒流模式下制得的微弧氧化膜层的蛇纹石含量相比双向恒压模式分别提高了92%和113%;微弧氧化膜层中的蛇纹石含量随电流的增加而增加,随频率的增加而降低,随电解液中蛇纹石微纳米颗粒浓度的增加而增加;试验过程中试样与电解槽之间的电场产生的电泳效应,使得在电解液中呈电负性的蛇纹石微纳米颗粒移动到试样表面,在接触到试样表面熔融态的高温氧化物时,蛇纹石微纳米颗粒表面熔化而粘合在试样表面,经电解液冷却复合到了微弧氧化膜层中。     

钛合金微弧氧化医用涂层形成机制

利用微弧氧化技术在钛合金表面制备了医用涂层,通过SEM观测不同氧化阶段涂层形貌,并分析各阶段微弧放电特性。研究了两极电化学反应过程,建立了工作液负载等效电路,提出了钛合金微弧氧化生成羟基磷灰石医用陶瓷涂层机制。结果表明,电压会直接决定试样表面的电荷分布,增加表面电荷积累,增强工作液中带电钙、磷粒子的扩散和电泳程度,从而加速涂层物质的瞬间反应。     

Effects of sodium tungstate on characteristics of microarc oxidation coatings formed on magnesium alloy in silicate-KOH electrolyte

Oxide coatings on AM60B magnesium alloy were prepared using the microarc oxidation（MAO） technique in silicate-KOH electrolyte with addition of 0-6.0 g/L Na2WO4. The MAO processes in base electrolyte with different concentrations of Na2WO4 were studied. The microstructure, compositions and mechanical tribological characteristics of the oxide coatings were also investigated by SEM, XRD, XPS, microhardness analysis and ball-on-disc friction testing, respectively. It is found that the addition of Na2WO4 into the base electrolyte has direct effect on the characteristics of voltage-time curves and breakdown voltage in MAO process. The number of micropores at top of the coating surface is increased by the addition of Na2WO4. The fraction of forsterite Mg2SiO4 in the oxide coating increases with increasing concentration of Na2WO4 in base electrolytes. Furthermore, the microhardness and wear resistance of oxide coatings are enhanced as well.     

K2ZrF6对镁合金微弧氧化膜抗点燃性能的影响

目的 降低镁合金在高温环境下起火燃烧的风险,同时探索微弧氧化膜是否具有抗点燃的热防护功能.方法 采用添加不同含量K2ZrF6的碱性硅酸盐电解液体系,在AZ91D镁合金表面制备微弧氧化膜,研究不同浓度K2ZrF6对微弧氧化膜抗点燃性能的影响.采用扫描电镜观察燃烧前微弧氧化膜的微观结构变化,结合XRD分析涂层的相组成,并借助抗点燃性能测试装置,考察微弧氧化膜的起燃时间.结果 添加K2ZrF6制备的微弧氧化膜主要由MgO、Mg2SiO4、MgF2和ZrO2组成.随着K2ZrF6含量的增加,膜层中大尺寸缺陷减少,致密性和厚度显著提高,表面粗糙度先增加、后降低.添加0～10 g/L K2ZrF6的微弧氧化膜的致密性较差,这类微弧氧化层在火焰的作用下,会形成大量的烧蚀孔洞和纵向扩展裂纹;添加15、20 g/L K2ZrF6的微弧氧化膜,具有更为致密的内层,这类微弧氧化膜直到基体完全熔化变形,才会出现横向扩展裂纹,导致涂层失效.AZ91D镁合金经过含15 g/L K2ZrF6的电解液微弧氧化处理后,起燃时间最长,抗点燃性最好.结论 K2ZrF6浓度对微弧氧化膜抗点燃性的影响主要体现在对其致密性的影响上,内层的致密结构能够减少在高温火焰作用下形成的烧蚀孔洞,以及延缓裂纹的产生,从而阻碍熔融的液态镁和镁蒸气向外扩散,减缓氧化反应的程度,提高涂层的抗点燃性.     

镁合金微弧氧化黑色膜的制备工艺和结构

用微弧氧化的方法,通过两种电解液体系在AZ91D镁合金基体上获得颜色均匀、致密性好的黑色陶瓷层,研究了在这两种体系中,着色盐成分、浓度,以及氧化电压和处理时间对氧化陶瓷层的影响。结果表明：试样在两种电解液体系中皆能得到黑色陶瓷层,不同的基础电解液所需加的着色盐不同,在硅酸盐体系中以CuSO4为主要着色盐,在磷酸盐体系中以CoSO4为主要着色盐。着色盐浓度和氧化电压对膜层颜色影响较大,在一定范围内,随着氧化电压的上升,膜层颜色有所加深,而相同条件下氧化时间的改变对颜色变化影响较为缓和。通过比较,发现在磷酸盐体系中膜层表面质量最好。     

镁合金微弧氧化过程中电源模式对颗粒掺杂的影响

目的采用含颗粒电解液是目前最常用制备具有更佳性能微弧氧化膜层的方法之一,主要研究微弧氧化过程中颗粒掺杂与电源模式的关系。方法在Y2O3颗粒质量浓度为0~10 g/L的电解液中,分别以单极脉冲和双极脉冲电源模式制备一系列微弧氧化膜层,并从表面形貌、表面元素组成、截面形貌及耐蚀性能等方面对膜层进行综合评价。结果分散在电解液中的颗粒带有负电荷,在微弧氧化过程中发生电泳现象。在单极脉冲电源模式下,颗粒受正电吸引而发生定向迁移,在试样附近聚集并且吸附至表面,从而参与下一步的微弧氧化膜层形成过程。随着电解液中颗粒浓度的提高,分散在微弧氧化膜层表面的Y2O3颗粒数量增多,膜层表面的Y元素含量增加,膜层变得致密,耐蚀性能因而提高。在双极脉冲电源作用下,由于电场的交替变化,颗粒难以聚集在试样周围,颗粒的掺杂只能通过随机熔融包覆进行,因而参与到微弧氧化过程中的颗粒数量较少。结论颗粒掺杂受电场力影响,在单极脉冲模式下,颗粒的掺杂浓度对膜层的性能影响明显;在双极脉冲电源模式下,负向电流的引入不利于颗粒掺杂至氧化膜层,颗粒的掺杂浓度对膜层的性能影响不明显。     

Morphology and phase composition of MAO ceramic coating containing Cu on Ti6Al4V alloy

A ceramic coating containing Cu element was prepared on Ti6Al4V alloy using micro-arc oxidation(MAO)technology.After copper ions were added to the electrolyte solution of aluminate salt,the anode voltage in MAO process reduces,and the micropore size on the surface of the ceramic coating is more uniform.The crystalline phases of the ceramic coatings prepared in the electrolyte solutions with and without copper ions are mainly Ti element,rutile TiO_2,and anatase TiO_2.The addition of copper ions to the electrolyte solution makes rutile TiO_2 content decrease but promotes the formation of Al_2TiO_5 phase.Energy spectrum test results confirm that by adding copper ions to the electrolyte solution,the ceramic coating formed in the process of MAO contains copper element.     

Ti2AlNb合金微弧氧化电解液优化及耐磨性研究

目的优化Ti_2AlNb合金微弧氧化的电解液配方,提高Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。方法借助SEM、EDS、XRD研究硅酸盐-磷酸盐电解液体系中Na_2MoO_4浓度对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜形貌、成分及相结构的影响。利用CFT-I型磨损试验机测试不同微弧氧化膜的摩擦磨损性能。结果电解液中添加Na_2MoO_4后,微弧氧化膜的生长速率增加,膜层中出现了Mo元素且含量也逐渐增加。Na_2MoO_4的加入降低了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的摩擦系数及比磨损率,但微弧氧化膜的耐磨性并非随Na_2MoO_4含量线性提高。含6 g/L Na_2MoO_4的体系中,微弧氧化膜摩擦系数低至0.25左右,比磨损率仅为1.20×10~(-3) mm~3/(N·m),表面呈轻微磨粒磨损特征。结论电解液中的Na_2MoO_4参与了成膜过程,对Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的生长有显著的促进作用,有效地改善了Ti_2AlNb合金微弧氧化膜的耐磨性。     

Effect of K_2TiO(C_2O_4)_2 Addition in Electrolyte on the Microstructure and Tribological Behavior of Micro-Arc Oxidation Coatings on Aluminum Alloy

Micro-arc oxidation(MAO)coatings with different concentrations of K_2TiO(C_2O_4)_2 in the sodium silicate base electrolyte were prepared on 6061 aluminum alloy with the aim of promoting a better understanding of the formation mechanisms and tribological behaviors of the coatings.Scanning electron microscopy(SEM)assisted with energy-dispersive X-ray spectroscopy(EDS),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)and friction test were employed to characterize the MAO processes and microstructure of the resultant coatings.Results showed that the composition and microstructure of the coatings were significantly affected by the addition of K_2TiO(C_2O_4)_2.A sealing microstructure of MAO coating was obtained with the addition of K_2TiO(C_2O_4)_2.Ti element from K_2TiO(C_2O_4)_2 was only absorbed into the defects of micropores under surface energy in the early stage,while in the later stage,Ti element was predominant in the micropores and distributed on the coatings under plasma discharge to form TiO_2.It was demonstrated that Ti and Si elements from the electrolyte could interact with each other during the MAO process and the interaction mechanism was systematically analyzed.Wear resistance of the MAO coatings with K_2TiO(C_2O_4)_2 addition was significantly improved compared with that of the MAO coatings without K_2TiO(C_2O_4)_2 addition.     

电解液浓度对镁合金微弧氧化层耐蚀性与溶血率的影响

在电解液中加入 (NaPO₃)₆并在镁合金表面制备微弧氧化层,研究 (NaPO₃)₆浓度对镁合金微弧氧化层的影响.结果显示,微弧氧化层中含有MgO,Mg₂SiO₄,Mg₃(PO₄)₂等物质;随 (NaPO₃)₆浓度增加,微弧氧化层厚度增加,表面微孔孔径变大,当 (NaPO₃)₆浓度达到7 g/L时,微弧氧化层截面出现较明显的微裂纹;微弧氧化处理后的镁合金的耐蚀性明显高于基体的.当 (NaPO₃)₆浓度为5 g/L时其耐蚀性最佳;镁合金基体溶血率为72.3%,在不同浓度 (NaPO₃)₆下微弧氧化处理的镁合金溶血率均在1%~2.5%之间,溶血作用消除.