钛表面二氧化钛纳米管/微米坑复合结构的制备及亲水性

为改善钛的生物相容性,促进成骨细胞在其表面的附着与分化,设计了一种新型工艺。通过微弧氧化后酸洗的技术在钛表面制备微米级凹坑(10～20μm)。通过阳极氧化技术在上述微米级凹坑上制备定向生长的二氧化钛纳米管(70～80 nm)。采用微弧氧化、酸洗和阳极氧化复合工艺,制备出二氧化钛纳米管/微米坑复合结构。研究了使用不同电解液制备的微弧氧化涂层所获得复合结构的形貌,分析了复合结构形貌对亲水性的影响。结果表明,采用Na_2B_4O_7电解液制备的微弧氧化涂层所获得的复合结构具有显著的微纳米分级结构特征,并展现出优异的亲水性。     

仿生矿化的镁合金降解和抑制金黄色葡萄球菌性能研究

通过对壳聚糖(CS)进行改性,成功制备了壳聚糖季铵盐(HACC)。经过FT-IR、1 H NMR表征,证实了其分子结构。采用在仿生溶液中添加CS或HACC的方法,在微弧氧化前后的镁合金样品表面修饰得到4种不同的仿生涂层。利用SEM和XRD对涂层分析表明,仿生矿化后的镁合金表面为含有CaP/CS或CaP/HACC的复合涂层。降解实验表明,微弧氧化后仿生矿化的样品失重率小于微弧氧化前仿生矿化的样品;利用ICP测定释放的镁、铝离子浓度,发现镁离子浓度先升高后降低,铝离子浓度越来越小。抑菌实验结果表明,含有CaP/HACC比含有CaP/CS的复合涂层样品对金黄色葡萄球菌具有更明显的抑菌作用;对于仿生溶液中添加同样浓度的CS或HACC,微弧氧化后比微弧氧化前矿化的样品抑菌率高。比浊法测定显示,4种涂层在4d内均具有不同程度的抑菌效果,微弧氧化后的镁合金样品在添加有HACC的仿生溶液中矿化得到的涂层抑菌率最高。研究说明,改性后的HACC比CS具有更强的抑菌作用;微弧氧化后的样品具有更强的抗腐蚀能力和载药性能。     

微弧氧化/磁控溅射复合涂层对镁微观结构与摩擦性能的影响

镁基材料表面进行微弧氧化处理(MAO)制备的多孔结构的陶瓷涂层在干摩擦环境下的摩擦系数较高,本文采用微弧氧化结合非平衡磁控溅射技术在纯镁基体表面制备出了MAO/CrN复合涂层。通过扫描电镜、显微硬度测试、X射线衍射仪能谱、摩擦磨损实验等手段研究了复合涂层的形貌、成分及摩擦磨损性能。结果表明:MAO/CrN复合涂层相比单层的MAO涂层力学与摩擦性能得到显著提高,其中硬度升高48%,载荷为1 N时的平均摩擦系数降低32.3%,转速为700 r/min时,磨损率降低达到74%。CrN/MAO复合涂层与WC硬质合金球在干摩擦过程中,在表层CrN涂层被磨穿之前,复合涂层磨损形式以黏着磨损和疲劳磨损为主。在表层CrN涂层被磨穿MAO涂层未被磨穿前,复合涂层的磨损形式以三体磨粒磨损为主。     

AZ80镁合金表面冷喷涂铝/微弧氧化复合涂层耐蚀性能

采用冷喷涂技术在 AZ80 镁合金表面制备一层纯铝涂层,然后通过微弧氧化技术在纯铝涂层表面成功制备纯铝/氧化铝复合涂层.使用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X 射线衍射仪(XRD)分析涂层的表面和截面形貌、成分、相结构,并利用动电位扫描技术和电化学阻抗谱研究涂层在 3.5%NaCl(质量分数)溶液中浸泡不同时间(30 min和 7 天)的腐蚀行为.结果表明:浸泡 30 min后,纯铝涂层和纯铝/氧化铝复合涂层的腐蚀电流密度分别为 3.7×10－6 ,8.0×10－7 A·cm－2 ;浸泡 7 天后,腐蚀电流密度分别为 9.0×10－6 ,1.8×10－6 A·cm－2 ,纯铝/氧化铝复合涂层和冷喷涂铝涂层均能有效延缓镁合金基体腐蚀.其中,微弧氧化复合涂层的耐蚀性约为冷喷涂纯铝涂层的 5 倍,耐蚀性的进一步提高归因于微弧氧化陶瓷层优异的物理屏障作用.     

超声辅助微弧氧化Ti-13Nb-13Zr合金制备仿生涂层及其断裂力学性能

为了提高微弧氧化钛合金制备的脆性仿生涂层的断裂力学性能,利用超声辅助微弧氧化复合工艺在Ti-13Nb-13Zr合金表面制备了钙磷生物涂层。通过压痕法测试分析了涂层断裂韧性,采用扫描电镜和X射线衍射仪测试了涂层表面形貌和相组成,并与微弧氧化制备的涂层性能进行了比较,分析了增韧原因。结果表明,引入超声后,微弧放电电压下降了40V,涂层致密层明显增厚;相同电源占空比条件下,超声工艺所制备涂层的断裂韧性相比无超声工艺都有所提高。部分锐钛矿相TiO_2转变为金红石相的相变增韧,超声空化效应引起的涂层致密化和增厚效果,以及微裂纹的均匀分布,是促使涂层断裂力学性能提高的主要原因。该复合工艺实现了微弧氧化钛合金生物涂层的增韧。     

表面纳米化-微弧氧化复合涂层对铝合金拉伸性能影响机制研究

通过表面机械研磨处理(SMAT)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,并对比研究了表面纳米化、微弧氧化及纳米化-微弧氧化复合处理对基体铝合金拉伸性能的影响。结果表明,微弧氧化处理使基体铝合金的屈服强度和抗拉强度减小,而纳米化-微弧氧化复合处理则增加了基体铝合金的屈服强度和抗拉强度。在拉伸伸长率8%的条件下,相同厚度的纳米化-微弧氧化复合涂层比微弧氧化涂层具有更好的抗拉伸破坏能力,表现出更好的膜基结合性能。     

微弧氧化处理对钛铌合金力学及摩擦磨损性能的影响

采用微弧氧化的方法于磷酸盐电解液中在二元β型TiNbx(x=5,10,15,20,25)合金表面制备了微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征各合金表面微弧氧化涂层的物相组成和微观形貌。采用纳米压痕仪、球-盘摩擦磨损实验仪分析了微弧氧化处理对钛铌合金力学性能、耐磨性的影响。结果表明,通过微弧氧化处理可以有效的在各基体表面制备出氧化涂层,表面微孔数目及大小无明显差别,拥有相似的致密度,氧化涂层主要由TiO₂相组成。随着基体Nb含量的增加,各基体表面微弧氧化涂层的硬度值与弹性模量表现出相同的变化趋势,Ti-15Nb合金表面微弧氧化涂层的硬度值和弹性模量值最大。经过微弧氧化处理后,Ti-5Nb和Ti-15Nb表面摩擦系数与基体相近,并无减摩效果;Ti-10Nb、Ti-20Nb和Ti-25Nb表面摩擦系数下降了55%以上,主要磨损机制由磨粒磨损变为粘着磨损,改善了合金的耐磨性能。     

石墨对TA7钛合金微弧氧化涂层组织结构及摩擦磨损行为的影响

为提高TA7钛合金耐磨损关键服役性能,在钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层。通过厚度、粗糙度、显微硬度测量、X射线衍射、场发射扫描电镜观察、能谱分析、摩擦学性能检测等手段研究了石墨对微弧氧化涂层组织结构及摩擦学行为的影响机制。结果表明:基础电解液中加入石墨颗粒能够显著提高TA7钛合金微弧氧化涂层的厚度,降低微弧氧化涂层的表面粗糙度和显微硬度,且随着石墨浓度的升高,微弧氧化涂层的厚度增大,表面粗糙度和显微硬度减小;微弧氧化涂层降低了TA7钛合金的摩擦系数,显著改善了合金的耐磨性能;石墨颗粒的加入进一步降低了微弧氧化涂层的摩擦系数,当石墨浓度为3 g/L时,涂层摩擦系数保持在0.15以下,表现出良好的减摩特性。     

TC4合金微弧氧化涂层的组织结构与高温氧化行为研究

为了提高TC4合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化方法在NaAlO₂+Na₃PO₄电解液体系中,于钛合金表面制备抗氧化陶瓷涂层。通过XRD、SEM、EDS等方法,表征涂层的相组成和微观结构,用纳米压痕仪测试涂层硬度与弹性模量,并研究了微弧氧化涂层的抗高温氧化及抗热震性能。结果表明：微弧氧化涂层表面多孔,涂层以Al₂TiO₅和金红石型TiO₂相为主。微弧氧化涂层的纳米硬度为(7.8±0.6) GPa,显著高于TC4合金[(4.0±0.2) GPa]。微弧氧化涂层在700℃循环氧化80 h后,单位面积增重仅0.73 mg/cm²,远小于TC4合金的增重(20 mg/cm²),表现出良好的高温抗氧化性能。经700℃热冲击25次后,涂层未出现剥落现象,展现出良好的抗热震性能。由此可见,微弧氧化涂层能有效阻止氧的扩散,显著降低了钛合金基体的氧化速率,改善了钛合金的抗高温氧化性能。     

钼及其合金氧化防护涂层的研究进展

钼及其合金具有较好的高温力学性能和良好的耐腐蚀性能,然而高温氧化问题限制了钼及其合金的应用。分别从涂层体系、涂层结构及涂层的制备工艺3个方面综述了近年来国内外钼及其合金氧化防护涂层的研究进展。在涂层体系方面,目前的研究主要集中在钼的硅化物(如MoSi2涂层)上;在涂层结构方面,对比了各种结构涂层的特点,单一涂层与基体存在热膨胀不匹配问题,使得单一涂层作为高温防护的应用受到限制,然而复合涂层却明显改善了此缺点;在涂层的制备工艺方面,介绍了涂层的各种制备工艺及其优缺点。综合应用各种涂层制备工艺,发展新型复合涂层是今后钼及其合金氧化防护涂层的发展方向。     

渗铝铌合金微弧氧化的电解液优化及膜层抗氧化性

为了提高铌合金的抗高温氧化性能,先对铌合金C103进行包埋渗铝处理,再进行微弧氧化(MAO)处理获得Al2O_3陶瓷膜。对涂层的形貌、硬度、成分及高温氧化增重进行分析,通过单因素法优选了微弧氧化电解液配方。采用最佳电解液配方制备复合涂层(MAO/Al/C103),并与仅经包埋渗铝制备的涂层(Al/C103)进行对比分析,研究了复合涂层的抗高温氧化性能。结果表明:根据MAO膜层的硬度和厚度,获得微弧氧化的最佳电解液配方为10.0 g/L NaAlO_2+5.0 g/L NaOH+7.0 g/L Na_2WO_4+5.0 g/L NaF+2.5 g/L Na_2EDTA;在1 100℃高温氧化下,MAO/Al/C103试样氧化10 h的增重为5.5 mg/cm~2,小于Al/C103试样的9.4 mg/cm~2,表现出更好的抗氧化性。     

钛合金微弧氧化一步制备含石墨的减摩涂层

为了进一步提高钛合金表面微弧氧化陶瓷涂层的摩擦磨损性能,在石墨分散的Na2CO3-Na2SiO3-KOH电解液溶液中一步制备了含自润滑微粒的微弧氧化复合涂层.利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了未添加和添加石墨微弧氧化涂层的相组成和微结构,采用往复式球-盘试验机评价了两种涂层的摩擦学性能.结果表明:加入到电解液中的石墨在微弧氧化过程中进入到涂层中,从而得到含有固体润滑微粒的复合涂层;在干摩擦条件下,含石墨的微弧氧化涂层相比于不含石墨的涂层具有更小的摩擦系数.     

电解液和电参数对钛合金微弧氧化的影响

结合实验研究,系统介绍了钛合金微弧氧化过程中电解液、电参数的选择,以及其对微弧氧化陶瓷层的结构和性能的影响,并指出利用微弧氧化技术可以在TC4合金表面制备出结构陶瓷层和功能陶瓷层,在航空航天等领域有广阔的应用前景.     

微弧氧化/溶胶-凝胶法制备镁基羟基磷灰石复合涂层及性能研究

采用微弧氧化/溶胶-凝胶工艺,在AZ91D镁合金表面制备羟基磷灰石涂层,并研究了镁基羟基磷灰石涂层的形貌、结构、组成及其电化学性能。结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,采用溶胶-凝胶法制备的涂层表面均匀、多孔且紧密;Ca/P摩尔比(1.70)高于溶胶配制的比例(1.67),是由于CO2-3替代了磷灰石晶格中的PO3-4所致。电化学测试结果表明,微弧氧化电流密度为0.5A/cm2时,羟基磷灰石涂层在Hank’s溶液中具有较低的腐蚀电流密度、较高的总阻抗和腐蚀电阻;浸泡实验表明该涂层有利于诱导磷灰石涂层的形成。     

冷喷涂制备TiAl_3-Al复合层及其抗高温氧化性能

为了提高γ-TiAl合金的抗高温氧化性能,采用冷喷涂技术在γ-TiAl合金基体上喷涂纯Al层后进行热扩散处理,制备了厚约250μm的TiAl3-Al复合涂层,研究了该涂层在950℃下的长时间高温氧化行为,用X射线衍射仪(XRD)分析了复合涂层的相组成,用场发射电子显微镜研究了其形貌,用电子探针分析了其成分。结果表明:冷喷涂纯Al层致密,存在少量微裂纹和微气孔;TiAl3-Al复合涂层和基体之间生成了TiAl3相,TiAl3与Al的界面有空洞;γ-TiAl合金高温氧化70 h即失重,氧化产物为TiO2和Al2O3的混合物;TiAl3-Al复合涂层进入稳态氧化阶段后,增重缓慢,遵循近抛物线规律,高温氧化1 000 h后涂层仍完好,氧化产物主要为Al2O3相,还有微量的TiO2及钛氮化合物;TiAl3-Al复合涂层提高了γ-TiAl合金的抗高温氧化性能。     

SiC纳米颗粒对TC4钛合金微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响

在基础电解液中加入SiC纳米颗粒,利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备微弧氧化陶瓷涂层,研究纳米颗粒的添加对微弧氧化涂层组织结构及耐蚀性能的影响。结果表明:550,600V及650V条件下,基础电解液中SiC的加入,使TC4微弧氧化涂层的厚度由9.2,12.8μm和12.4μm分别增大到12.0,14.9μm和20.0μm。随着电压的升高,微弧氧化涂层的表面粗糙度逐渐增大,分别为2.65, 3.34μm和3.61μm。SiC的加入有效抑制微弧氧化涂层表面裂纹的产生,增加涂层厚度从而降低涂层的阳极电流密度,提高微弧氧化涂层的耐蚀性能。微弧氧化涂层增加了TC4的开路电位及自腐蚀电位。     

钴基高温合金铝化物涂层的高温氧化行为研究

本文采用化学气相沉积的工艺方法在钴基高温合金上制备了铝化物涂层,研究了所得典型铝化物涂层在静态空气中的高温氧化动力学规律。用XRD、SEM、EDS等方法分析了DZ40M铝化物涂层的组织结构及氧化产物的演变变化,DZ40M高温合金扩散型铝化物涂层在1050℃条件下氧化主要生成α-Al2O3保护膜,提高了DZ40M合金的抗氧化性能。经1050℃静态氧化150 h后,大量CoAl相转化为α-Co相,到500 h时CoAl涂层消失殆尽。     

人体植入镁材表面微弧氧化Ca-P层的研究进展

人体植入镁材微弧氧化Ca-P层不仅提高了镁材的耐蚀性,还能保证其生物相容性。对镁材微弧氧化制备Ca-P层的方法及膜层生物相容性的研究进行了综述,指出了其存在的问题,并提出今后应从改进微弧氧化工艺、创新复合膜制备技术、研究环境的真实可靠性等方面重点研究。     

不同表面处理工艺压铸镁合金涂层耐蚀性研究

为了研究不同表面处理工艺下压铸镁合金涂层的抗腐蚀性能,通过浸泡腐蚀和电化学腐蚀的方法,比较了微弧氧化和无铬化学氧化等表面处理试样的耐蚀性.结果表明,无铬化学氧化和微弧氧化处理能显著提高镁合金表面耐蚀性,而以微弧氧化处理更优;且两种处理方法覆盖层对孔洞、裂纹不敏感.根据交流阻抗图谱,拟合得到了微弧氧化、无铬化学氧化和未处理三种试样电化学腐蚀时体系的等效电路,拟合结果与实测结果吻合.XRD分析表明这两种处理方法得到的覆盖层中主体相均为Mg3Al2Si3O12等含硅的尖晶石型氧化物和Mg0.36Al2.44O4、MgAl2O4等不含硅的镁、铝复合氧化物,有利于提高镁合金耐蚀性.     

新型Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金表面复合涂层的耐腐蚀性能

为了控制镁材及镁合金在人体中的生物降解速率,采用微弧氧化法、电化学沉积法及微弧氧化+电化学沉积法在新型Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金表面制备了3种涂层。利用JSM-5610V扫描电子显微镜、TESCANTS5130 SB能谱分析仪、Bruker D8 ADVANCE X射线衍射仪、VS-2005涂层附着力自动划痕仪、RST200F电化学工作站对3种涂层的形貌、成分、结构、厚度、结合力以及电化学性能进行了检测。结果表明:3种涂层均能提高新型Mg-Zn-Y-Nd-Zr镁合金的电化学性能,改善其耐蚀性;微弧氧化+电化学沉积层较单一微弧氧化层及电化学沉积层在致密性、结晶度、厚度、结合力、耐腐蚀性能方面都具有更强的指标。