镁合金微弧氧化膜层的组织分布

研究了镁合金微弧氧化膜层的组织分布情况。在碱性电解液(NaH2PO4/Na2SiO3/NaAlO2:5～20g/L,NaOH:1～5g/L,KF:5～8g/L,Na3C6H5O7:0.5～2g/L,EDTA:0.5～2g/L)中,以AZ91镁合金为基体制备出微弧氧化陶瓷薄膜,制备时采用恒电流控制模式,电流密度为20A/dm2;采用扫描电镜(SEM)、光学显微镜和X-ray衍射仪(XRD)研究了氧化薄膜的微观组织结构。发现:(1)在所研究的3种电解液体系中,选用硅酸盐电解液制备的膜层具有较好的组织形貌;(2)氧化膜的两层结构中,致密层占整个膜层厚度的绝大部分,大约在75%～85%之间;(3)电解液中的成膜元素如Si、Al、P主要分布在膜层的表面层中,致密层则主要由Mg、O两种元素构成;相应的物相构成中,MgSiO3、MgAl2O4或Mg3(PO4)2主要分布在表面层中,致密层则主要由MgO构成。     

镁锂合金无铬阳极氧化工艺

已有的镁锂合金阳极氧化液舍Cr(Ⅵ),对环境有严重污染.研究了镁锂合金表面阳极氧化成膜工艺,使用无铬环保型电解液得到了有一定耐腐蚀性能的白色氧化膜,分析了电解液中NaOH浓度、氧化时间、电流密度等工艺参数对氧化膜的形成及其耐腐蚀性能的影响.用扫描电镜分析了氧化膜表面形貌,用交流阻抗谱和极化曲线研究了氧化膜的电化学腐蚀行为.结果表明:当电解液组成为50g/L NaOH,40g/LNa2 SiO3·9H2O,20 g/L Na2B4O7·10H2O,40 g/L C6H5Na3O7·2H2O,电流密度为10 mA/cm2,成膜时间为20min时,氧化膜的耐腐蚀性最好;经硅酸盐封孔处理氧化膜耐腐蚀性能得到了进一步提高.     

阳极氧化电压对钛合金TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的影响

在草酸盐、硅酸盐和磷酸盐电解液体系中,在钛合金Ti-6Al-4V(TC4)表面制备阳极氧化TiO_2膜层,研究了TiO_2膜层的表面显微结构、化学组成和生物活性。在室温用恒压阳极氧化法制备TC4表面阳极氧化TiO_2膜,以TC4为阳极,不锈钢为阴极,电解液组成为:20 g/L的Na_2C_2O_4、10 g/L的Na_2SiO_3·9H_2O、9.25 g/L的NaH_2PO_4和2 g/L的NaOH,阳极氧化电压为10-120 V,氧化时间50 min,电源频率200 Hz。用XRD、AFM、SEM及XPS等手段分别测量了膜层的物相、三维形貌、氧化膜层表面的显微结构及化学组成。结果表明:氧化电压对TiO_2膜层的物相组成基本没有影响,氧化膜层呈非晶态TiO_2。当氧化电压为30 V时,TiO_2膜层表面由孔径1.3μm左右的孔和凸起颗粒组成的粗糙结构,随着氧化电压增加表面凸起颗粒逐渐减少,粗糙度降低,当氧化电压为100 V时场致溶解的作用使TiO_2膜层表面凸起颗粒不明显,TiO_2膜层表面的粗糙度低于TC4基体,表面孔径为240 nm。TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的微纳米结构和大量的羟基—OH,有利于提高TiO_2膜层的生物活性和骨生长特性。     

高温氧化对钛合金微弧氧化陶瓷膜组成与结构的影响

针对钛合金不耐高温氧化的问题,在铝酸钠电解液体系中,利用双相脉冲直流微弧氧化技术,在TC4钛合金表面原位生长以Al2TiO5为主晶相的复合氧化物陶瓷膜,研究了1000℃高温氧化对陶瓷膜试样的相组成、结构的影响及膜层增重特点.研究表明,陶瓷膜层试样的高温氧化过程包括Al2TiO5分解、基体氧化和膜层表面形貌变化3个方面.高温氧化后,膜层的主晶相由Al2TiO5变为α-Al2O3和金红石型TiO2,同时,膜层的表面形貌发生显著的变化;由于膜层和基体的热膨胀系数不同和基体钛的氧化,使得高温氧化后膜层在冷却过程中表面出现裂纹和脱壳.陶瓷膜层极大地减少了TC4钛合金在1000℃高温氧化时的增重,因此,陶瓷膜层可用于TC4钛合金的恒温氧化防护.     

氧化时间对TC11钛合金表面微弧氧化膜的耐烧蚀性能影响

在NaSiO_3(2g/L)、NaH_2PO_2(2g/L)、NaAlO_2(3g/L)、NaF(1g/L)的混合电解液中采用微弧氧化技术在TC11钛合金表面制备氧化时间不同的微弧氧化膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析各氧化时间下膜层的表面形貌和各元素的含量,采用显微硬度计测出微弧氧化膜的硬度。以某型牵引火炮身管为实验平台,采用自行设计的烧蚀实验装置模拟发射状态下火炮身管内膛工况条件。在每次装药(14孔火药)为15g条件下,对膜层进行重复烧蚀检实验,检测微弧氧化膜的耐烧蚀性能。结果表明,氧化时间为20min时TC11表面微弧氧化膜具有良好的微观形貌,烧蚀20次后质量损失率最低,为0.0264%。本实验可以为火炮轻量化以及身管内膛耐烧蚀问题提供参考借鉴。     

镁合金无铬微弧氧化新工艺

利用正交试验对MB2镁合金无铬、磷、镁微弧氧化成膜工艺进行了研究,同时利用表面分析技术,分析了氧化膜层的显微硬度、截面形貌和相结构,采用动电位扫描法考察了氧化膜的耐腐蚀性能.研究的最佳工艺条件为:30 g/L KOH,45g/L Al(OH)3,2 g/L K2SiO3,2g/L添加剂M,电流密度65 mA/cm2,温度45℃.该微弧氧化新工艺能在镁合金上形成银灰色的氧化膜层,其显微硬度值及耐腐蚀性远优于传统含铬工艺DOW17所形成的膜层;微弧氧化膜主要由MgO,MgAl2O4,Al2O3组成,具有多孔结构,孔径较为均匀,分为内外两层,外层为疏松层,内层为与基体结合牢固的致密层;在成膜过程中,电解液的铝盐浓度和微弧氧化电流密度是影响性能的主要因素.     

2024铝合金阳极氧化、电解着黑色工艺优化及膜的性能

为了在2024铝合金表面获得结合力好、耐候性好及黑色纯正的阳极氧化膜,首先在硫酸电解液中对2024铝合金进行阳极氧化,之后在Sn-Ni-Cu-Co电解液中进行电解着黑色,采用SEM,XRD,EDS分析膜层的表面形貌、截面特征、成分及膜中的元素分布,优选了阳极氧化、电解着色电解液的成分;从金属颗粒沉积、氧化还原方面分析了电解着色的机理。结果表明:最佳阳极氧化液配方为100.0 g/L H2SO4,5.0 g/L H3BO3,2.0 g/L(NH4)2SO4,2.0 g/L苹果酸,2.0 g/L MgSO4,1.5 g/L Al2(SO4)3;最佳着色液配方为15 g/L SnSO4,10 g/L NiSO4,10 g/L CuSO4,10 g/L C4H6O4Co,3 g/L FeSO4;在Sn-Ni-Cu-Co电解着色液中,Sn2+,Co2+,Cu2+等通过还原反应以单质的形式沉积于氧化膜层的孔隙或底部,通过多重散射使氧化膜颜色加深,从而得到了黑色的氧化膜;最佳氧化膜颜色为石墨黑,结合力及耐候性均较好。     

基于人工神经网络的微弧氧化膜层厚度预测模型的建立

在硅酸钠电解液体系中,采用微弧氧化技术在铝合金表面制得了均匀的陶瓷膜。将人工神经网络应用于微弧氧化工艺研究中,借助MATLAB神经网络工具箱,建立了具有4-12-1结构的BP神经网络模型,该模型很好地学习了微弧氧化电解液参数和膜层厚度之间的映射关系;对膜层的厚度进行了预测,并采用正交试验对电解液参数进行了优化。结果表明,该网络收敛速度较快,预测值与实际值基本吻合,平均预测误差仅为1.93%。当Na2SiO3质量浓度为6g/L、H3BO3质量浓度为1.5g/L、KOH质量浓度为0.5g/L、H2O2质量浓度为0.6g/L时,膜层的厚度达到最大值183μm。     

镁合金高压阳极氧化工艺研究

为开发耐蚀性能优良的镁合金阳极氧化工艺,用正交试验对AZ91D镁合金高压阳极氧化成膜工艺进行了研究,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、全浸腐蚀试验和极化曲线等分别研究了镁合金阳极氧化膜层的表面形貌、相成分、元素成分、价态和膜层的耐蚀性等.获得了AZ91D镁合金高压阳极氧化的最佳成膜工艺参数为:10 g/L KOH,5 g/L NaF,5 g/L Na2SiO3,0.5 g/L Na2B4O7, 100 mL/L乙二醇, 75 mL/L丙三醇, 50 mL/L组分G;电流密度 8.9 mA/cm2,氧化时间 30 min.在最佳工艺下所得阳极氧化膜层呈多孔结构,孔洞分布比较均匀,孔径尺寸约为1～2 μm;氧化膜层主要由Al2SiO5、MgF2和MgAl2O4相组成;氧化膜层的耐蚀性明显优于传统含铬DOW17工艺所得氧化膜层的耐蚀性.     

V掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光催化研究

以钒钛合金为原料,应用阳极氧化法制备出高度致密、有序的V掺杂TiO2纳米管阵列。应用扫描电镜(SEM)和粉末X光衍射仪(XRD)表征分析纳米管阵列的形貌和结构,结果表明在浓度不同的HF电解液下制备出径向不同的纳米管阵列,电解液浓度(0.5%～1.5%(质量分数)),管径变化(39.7～72.7nm)。在室温、可见光照射条件下,以10mg/L的亚甲基蓝溶液为模拟污染物进行光催化降解试验,研究了其光催化性能。结果显示V掺杂TiO2纳米管阵列光催化性能优于纯TiO2纳米管,且在HF电解液浓度为1.0%(质量分数)时制备出来的TiO2纳米管光催化降解有机毒物性能最佳。     

不同电解液组成对TiO2纳米管形成的影响

电解液在阳极氧化中发挥着重要作用,对TiO2纳米管的形成与否,形成后管的成分、形貌都有着很大的影响.本实验采用了恒压阳极氧化方式,分别以HF(0.5wt%),(NH4)2SO4 HF(0.5wt%),(NH4)H2PO4 HF(0.5wt%),NaNO3 HF(0.5wt%)为电解液,在钛箔表面获得多孔TiO2膜.用FESEM观察了多孔膜的形貌并用EDX和XPS能谱对膜表面成分和构成进行测试分析.实验结果表明:在单一的HF酸电解液中加入(NH4)2SO4或(NH4)H2PO4后,阳极氧化生成的膜孔径明显减小,并且膜表面形态较差.加入NaNO3后,对膜的形貌影响不是很大.由EDX和XPS能谱分析得出,阴离子中的大部分非金属元素较难进入膜表面,而氮元素却很容易掺杂进入膜的表面形成N-Ti-O结构,从而影响膜的成分构成.这表明本实验利用简单电化学方法实现了N的掺杂.通过XRD测试得出,含不同阴离子的电解液对TiO2膜的晶型转变温度影响不大.     

阳极氧化TiO_2纳米线生长研究

采用NH4F-乙二醇-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法,在金属钛基板上形成厚度为0.9~36μm的TiO2纳米管阵列。研究了阳极氧化电压、氧化时间及电解液的组成对TiO2纳米管阵列结构的影响。结果表明,当醇水体积比为39∶1时,60V电压下氧化2h,TiO2纳米管顶部的氧化层在缺陷处发生二次击穿溶解,产生自组装的孔核,场助溶解驱动力使纳米管顶部在孔核处沿管轴向垂直劈裂,形成直径20nm、长度可达几微米的TiO2纳米线。     

锗掺杂二氧化钛薄膜的溶胶凝胶法制备和性能研究

二氧化钛是一种无毒、廉价、稳定的半导体材料,被广泛用作光电化学太阳能电池的电极材料,适当掺杂可以增强其光电性能.以钛酸丁酯和四正丁氧基锗烷为主要原料,采用溶胶-凝胶提拉涂膜法制备了Ge掺杂的TiO_2薄膜.通过X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见吸收光谱、电流-电压曲线等测试手段研究了薄膜的结晶性能、微观结构和光电性能随Ge掺杂量的变化规律.结果表明,Ge掺杂量x=0.10时,形成Ti_(1-x)Ge_xO_2固溶体,x=0.15时,形成非晶态.掺锗后薄膜表面颗粒密度增大,薄膜比较致密.随着Ge掺杂量的增加,吸收光谱吸收边蓝移,光电化学性能也得到一定提高.在Ge掺杂量为0.05时,光电流达到最大值17A/m~2.同时,研究了锗掺杂对光电流的影响.     

磷酸盐对钛合金微等离子体氧化陶瓷膜结构和耐蚀性的影响

研究了3种磷酸盐分别作为电解质交流微等离子体氧化TC4钛合金所制得的陶瓷膜的耐蚀性,其中3号磷酸盐的效果最好.并在铝酸钠体系和硅酸钠体系下,进一步研究了3号磷酸盐对微等离子体氧化陶瓷膜的结构、形貌、成分和耐蚀性能的影响:磷在陶瓷膜中不形成晶相,而是以非晶相物质沉积在膜层中;铝酸钠体系,磷元素由膜内层向外层逐渐减少;硅酸钠体系,磷元素在膜内、外两层含量高,中间处含量低;两体系下,3号磷酸盐的用量适当增加,陶瓷膜耐点蚀性提高.     

掺银离子TiO2薄膜的结构及与不锈钢基板的界面反应

采用溶胶-凝胶法在不锈钢表面制备掺银的TiO2薄膜,研究氧化处理对不锈钢表面Ag/TiO2抗菌薄膜组成和性能的影响,利用X-射线衍射谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等对经氧化处理和未经处理的不锈钢表面Ag/TiO2薄膜进行比较,研究薄膜的结构、界面反应特征及机制.发现:未经氧化处理的不锈钢由于其中的铁原子进入薄膜与TiO2反应形成钛酸铁固溶体薄膜;经氧化处理后不锈钢表面形成一层比较致密的氧化铁层,阻止了不锈钢内部的铁原子扩散进入薄膜与TiO2反应,表面同时形成钛酸铁和锐钛矿型的TiO2薄膜;锐钛矿型的TiO2与银离子反应形成钛酸银,既保持了银离子的高杀菌性能(样品的6小时抗菌率达到100%),同时又不至使金属银形成而使材料变色.在未经氧化处理的不锈钢表面,掺银TiO2薄膜中的银离子转化为单质银,抗菌性能低.     

聚吡咯敏化纳米结构TiO2电极的光电化学研究

在NaNO3和吡咯单体的混合溶液中电合成聚吡咯膜,用PPy膜敏化TiO20纳米结构电极,取得了明显的敏化效果;探讨了合成聚吡咯膜时的条件(温度、时间、NO3浓度等)对敏化结果的影响;比较了在对甲苯磺酸根离子中与在NO3^-中合成PPy膜所产生的敏化效果,表明阴离子的类型和性质对敏化效果有很大影响;初步探讨了PPy膜对TiO2纳米结构电极产生敏化作用的机理。     

电解液性质对TiO2纳米管阵列形貌及生长机理的影响

采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备出了结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 主要研究了电解液的性质、浓度以及氧化时间对TiO₂纳米管阵列形貌的影响, 并对不同电解液中TiO₂纳米管阵列的形成机理进行了初步探讨. 结果表明：在不同浓度的HF酸电解液中均可制备出规则、均匀的TiO₂纳米管阵列, 管径均匀, 表面平整, 但是纳米管的长度均较短, 约为300～350nm. 在高浓度HF电解液中, 同时获得了规则的纳米管阵列和纳米棒阵列. 在0.5wt% NaF和1mol/L Na₂SO₄中性电解液中也可以制备出表面光洁、排列整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 纳米管长度明显长于HF酸电解液中获得的纳米管阵列, 达到了700nm, 但是阵列的表面平整度较差. 在乙二醇+0.6wt% NH₄F+2vol% H₂O有机电解液体系中可以制得超长的TiO₂纳米管阵列, 管径在150nm左右, 管长可达6μm.     

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90~240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。     

透明纳米TiO2薄膜的制备及其紫外光电特性研究

采用溶胶-凝胶法于ITO导电玻璃和石英玻璃基底上制备了均匀透明的TiO2多孔纳米薄膜.XRD和AFM测试结果表明,构成薄膜的TiO2粒子为锐钛矿相,粒径约为50nm.紫外-可见(UV-vis)吸收光谱显示,制得的TiO2薄膜对紫外光表现出很强的吸收特性.借助标准三电极体系进行的光电化学测试结果表明,在紫外光照射下,制得的薄膜电极可产生稳定的阳极光生电流,且电流大小显著依赖于照射光的波长(λ),λ=320nm的光产生的光电流最大.另外,薄膜电极中的光电流大小与电极电位(U)有关.高于0.6V的电位可有效抑制光生电子向电解液的注入,并增大光生电子向导电基底的扩散速度,从而提高阳极光电流的大小.实验结果表明,纳米TiO2薄膜在紫外光传感器的制备方面具有较好的应用潜力.