激光熔覆Y_2O_3-TiB增强钛基涂层摩擦磨损性能研究

采用激光熔覆快速非平衡合成法制备了原位反应合成Y_2O_3-TiB增强钛基复合材料。采用Y_2O_3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制得Y_2O_3-TiB/Ti复合涂层。采用形貌观察、硬度和摩擦磨损测试等方法研究了复合涂层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层的硬度为基体材料的2~3倍,添加1%Y_2O_3的激光熔覆涂层硬度和摩擦磨损性较好。     

TC4钛合金表面激光熔覆掺Y2O3复合涂层的显微组织和性能

目的提高钛合金表面的耐磨性能。方法在TiB_2:TiC=1:3的粉末配比下,添加不同质量分数Y_2O_3稀土氧化物,制备成膏状混合粉末。采用5 k W横流CO_2激光器,在TC4钛合金表面激光熔覆掺Y_2O_3的TiB_2和TiC粉末,制备耐磨性复合涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)对激光熔覆层的微观形貌和组织成分进行了分析;用显微维氏硬度计对熔覆层的显微硬度进行了测量;用万能摩擦磨损试验机对熔覆层的耐磨性能进行了测试。结果添加4%Y_2O_3后,熔覆层中部组织明显细化,结合区由致密组织结构转变为晶须网状结构;熔覆层的最高显微硬度为1404.6HV0.2,是基体的3.7倍;熔覆层的磨损量减少了66.67%,且其摩擦系数有明显的降低。结论添加4%Y_2O_3对TC4钛合金表面激光熔覆TiB/TiC复合熔覆层耐磨性能有显著的提高。     

钛合金表面激光熔覆制备羟基磷灰石生物陶瓷涂层的研究现状

利用激光熔覆技术在医用钛金属表面制备生物活性陶瓷羟基磷灰石(HAP)涂层,是近年来世界各国生物医用植入材料及相关领域的研究热点之一。首先简要概括了HAP生物陶瓷涂层材料的特点与意义,介绍了医用钛金属材料与生物陶瓷材料的历史发展与特点,指出了已有技术制备的生物陶瓷涂层在制备与应用中存在的优缺点,介绍了激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优点。综述了国内外钛及钛合金表面激光熔覆制备HAP生物陶瓷涂层、激光快速成形生物陶瓷涂层及相关材料的研究特点、现状与进展。重点介绍了激光熔覆不同成分原材料、添加稀土成分与不同波长激光制备生物陶瓷涂层的机理,及激光熔覆制备生物陶瓷涂层的特点与优缺点。激光熔覆制备生物陶瓷涂层及相关材料是一个多学科交叉的研究领域,通过对钛合金的激光表面改性,激光熔覆制备生物陶瓷涂层在理论研究与临床应用上具有广阔的前景。最后对激光熔覆工艺制备合成HAP生物陶瓷涂层未来的研究方向进行了讨论与展望。     

AZ91D镁合金表面激光熔覆Al/Zr+B4C/Y2O3复合涂层组织与性能研究

目的提高AZ91D镁合金表面硬度,改善其耐腐蚀性。方法在AZ91D镁合金上涂覆Zr/B_4C/Y_2O_3混合粉末,之后使用Nd:YAG固体激光器进行激光熔覆。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的形貌和物相组成进行分析。利用显微硬度计以及电化学工作站对涂层的硬度和耐腐蚀性进行测定。结果涂层主要包含Zr C、Al3Zr和Al12Mg17等金属间化合物以及Al3Y等稀土化合物。添加0.8%Y_2O_3的涂层中有部分微小气孔,而添加1.6%Y_2O_3的涂层中气孔消失。析出相主要以颗粒状和棒状的形式存在,并且为了减小表面积,使得表面能降低,部分析出相聚集在一起长大。涂层硬度整体呈梯度分布,涂层外层的硬度最高(添加0.8%Y_2O_3的涂层为306.10HV,添加1.6%Y_2O_3的涂层为310.15HV)。添加0.8%Y_2O_3和1.6%Y_2O_3的涂层的平均硬度分别为291.613HV和294.495HV,相较于基体提高了4倍。添加0.8%Y_2O_3和1.6%Y_2O_3的涂层的自腐蚀电位分别为-1.269 V和-1.215 V,自腐蚀电流密度分别为7.655×10-5 A/cm2和2.048×10-6 A/cm2,相对于基体耐腐蚀性有了显著的提高。结论涂层中各种陶瓷相、金属间化合物和稀土化合物的存在使复合涂层的硬度、耐腐蚀性能均有了明显的提高。     

激光熔覆SiO2/La2O3梯度生物陶瓷涂层生物活性研究

目的研究SiO_2含量对钛合金表面激光熔覆梯度生物陶瓷涂层生物活性的影响。方法利用激光熔覆技术,采用梯度成分设计思想,固定涂层中稀土氧化物La_2O_3的添加量,在钛合金TC4表面制备了掺杂不同含量SiO_2的梯度生物陶瓷涂层。采用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、噻唑蓝(MTT)及荧光素双醋酸酯(FDA)染色等测试手段,研究了SiO_2含量对激光熔覆制备梯度涂层的组织结构和生物活性的影响。结果 SiO_2在激光熔覆过程中可以降低梯度生物陶瓷涂层的开裂敏感性,并起到细化晶粒的作用。当SiO_2掺杂量为2.5%时,激光熔覆过程中诱导合成的HA+CaTiO_3数量最大;当SiO_2掺杂量为7.5%时,模拟体液(SBF)实验表明,涂层的矿化沉积能力最强。MTT测试表明,SiO_2掺杂量为7.5%的涂层细胞增殖数量的OD值最大,细胞能够紧贴涂层表面生长。FDA染色分析表明,SiO_2掺杂量为7.5%的涂层上细胞数量最多,且分布均匀。结论 SiO_2掺杂量深刻影响着生物活性陶瓷相HA和Ca_2SiO_4数量,进而影响生物陶瓷涂层的生物活性。SiO_2掺杂量为7.5%的涂层具有最佳的生物相容性及生物活性。     

La2O3含量对激光熔覆TiB/Ti涂层显微结构的影响

目的 改善钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织结构,提高钛合金的硬度,使其在相应领域得到更广泛的应用.方法 采用激光熔覆快速非平衡合成方法 制备原位反应合成L2O3-TiB增强钛基复合涂层.用L2O3、Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备L2O3-TiB/Ti复合涂层,并对其进行XRD物相分析、SEM显微结构观察及显微硬度分析.结果 添加不同含量的L2O3的激光熔覆钛合金复合涂层均与基体较好的结合,涂层中均只有α-Ti和TiB两种物相.随L2O3含量的增加,激光熔覆复合涂层中的增强相TiB的形貌越均匀细小,添加不同含量的L2O3的激光熔覆复合涂层的硬度值约为基体材料的2~3倍,添加质量分数为3%的L2O3的激光熔覆复合涂层硬度最高,其显微硬度值大约为1300HV.结论 添加稀土氧化物L2O3后制备的激光熔覆钛合金复合涂层与基体结合良好,稀土元素的添加使涂层组织细化,硬度得到了明显提高.     

Y2O3-CeO2稀土氧化物对激光熔覆生物陶瓷涂层中HA的影响

为降低激光熔覆过程中基材与生物陶瓷涂层之间的热应力,提高涂层与基材的结合强度,选用宽带激光熔覆方法,在TC4合金表面制备一层含HA和β-TCP的梯度活性生物陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对在体外模拟体液中浸泡14d后的涂层进行形貌和相组成的研究。结果表明:当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2质量分数分别为0%,0.2%,0.4%和0.6%时,生物陶瓷涂层在SBF中浸泡14d后,基材与涂层之间呈良好的冶金结合;涂层表面都有白色球状颗粒生成;且涂层当中HA的生成量各不相同。当CeO2质量分数为0%时几乎不生成HA,为0.2%时HA的生成量最大,而后随着CeO2的含量增加HA生成量减少。说明当Y2O3质量分数为0.6%,CeO2的含量为0.2%时,生物陶瓷涂层具有较好的生物活性。     

激光熔覆制备生物陶瓷涂层的研究综述

激光熔覆是利用高能量、高密度的激光束将粉末熔化,在基体表面形成一种冶金结合面,其作为一种表面改性技术,已经得到了广泛的应用。生物陶瓷因其物理、化学性质稳定,而且具有良好的生物活性和生物相容性,利用激光熔覆在金属表面制备一层生物陶瓷涂层成为研究的热点。主要对激光熔覆制备生物陶瓷涂层中材料、梯度涂层设计、工艺的研究进行了阐述,为其应用提供更多的指导。     

激光熔覆工艺参数对生物陶瓷涂层组织性能的影响

采用激光熔覆技术,在Ti-6Al-4V合金表面制备了生物陶瓷复合涂层,并对激光熔覆工艺参数与涂层组织及性能的关系进行了对比分析.结果表明,激光熔覆生物陶瓷复合涂层的优化工艺参数为:输出功率2.5kW,扫描速度140mm/min,光斑尺寸15mm×1mm.在优化工艺参数下获得了表观质量完好且与基体形成冶金结合的生物陶瓷复合涂层,涂层中最高显微硬度值达到1474HV0.3,物相组成主要为CaTiO3、 HA(Ca10(PO4)6(OH)2)、α-TCP(α-Ca3(PO4)2)、β-TCP(β-Ca3(PO4)2)等.     

钛合金表面激光熔覆涂层的研究进展

激光熔覆是钛合金表面改性的重要技术手段之一,已成为当前研究热点。综述了国内外关于钛合金表面激光熔覆抗高温耐氧化、耐腐蚀、耐磨损和生物陶瓷等涂层的熔覆材料、熔覆层相组成和强化机理等的研究现状。其中,抗高温耐氧化涂层主要由于TiO_2、Al_2O_3等相的隔氧作用,提高了钛合金在高温下的抗氧化性;耐腐蚀涂层主要由于Ti N和Ti2Ni等相的固溶强化及细小针状马氏体α’等的细晶强化,提高了其耐腐蚀性;耐磨损涂层主要由于Ti C、Ti B、Ti B2等相的弥散强化作用,提高了涂层的耐磨性;生物陶瓷涂层由于HA、Ca O等相的存在,增强了钛合金的生物相容性。其次,阐述了由于熔覆材料与基材的热物性差异、试样预处理不当和工艺调控不当等因素引起的未熔颗粒、球化效应、裂纹、气孔和夹杂等主要缺陷,以及调控激光功率、扫描速度等工艺参数,预热基体材料,通入保护气体和加入适当成分添加剂等控制和改善相关缺陷的措施。最后,展望了钛合金表面激光熔覆涂层和技术的发展方向。     

Microstructure and in vitro bioactivity of laser-cladded bioceramic coating on titanium alloy in a simulated body fluid

In order to obtain bioactivity on the surface of titanium alloy, the bioceramic coating on Ti–6Al–4V was designed and fabricated by laser cladding. The microstructure and bioactivity of laser-cladded bioceramic coating were investigated in vitro via soaking in a simulated body fluid (SBF). The results indicated that the laser-cladded bioceramic coating was metallurgically bonded to the substrate and contained such bioactive phases as hydroxyapatite (HA) and β-tricalcium phosphate (β-TCP). A bone-like apatite layer was spontaneously formed on the surface of laser-cladded coating merely soaked in SBF for 7 days. And the appearance of flake-like and cotton-like morphology, which is the characteristic morphology of apatite, offered an advantageous condition for osseo-connection. The formation ability of apatite was remarkably accelerated on the surface of laser-cladded bioceramic coating compared with the untreated titanium alloy substrate.     

熔炼时间对稀土单晶合金坩埚界面反应的影响

为了实现稀土单晶高温合金中稀土含量的稳定控制,明确稀土元素在熔炼过程中参与的坩埚界面反应机理,研究了熔炼时间对含Y高温合金CMSX-4与Al2O3陶瓷坩埚在真空感应熔炼过程中的界面反应和稀土Y收得率的影响。实验结果表明：随着熔炼时间的延长界面反应加剧,熔炼过程中Y首先与Al2O3陶瓷基体发生反应生成Y2O3,生成的Y2O3会继续与Al2O3发生反应生成Y、Al原子比不同的铝酸钇反应层,最终坩埚表面形成的界面反应产物由外层的YAlO3、内层的Y3Al5O12(Y3Al2(AlO4)3) 以及附着的高温合金组成。熔炼10~30min时合金中稀土Y收得量为41.023、4.566和5.368ppm。     

Y2O3对Fe-Al-Si-B等离子熔覆层组织与性能的影响

采用等离子弧熔覆技术,在Q235基体钢板表面熔覆了一层Fe-Al-Si-B原位复合涂层,并通过在熔覆粉末中添加稀土氧化物Y2O3改善熔覆层的组织与性能。利用光学显微镜(OM) 、扫描电镜( SEM) 、X射线衍射仪( XRD)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机对熔覆层的组织、相组成、显微硬度及磨损性能进行了分析。结果表明：Y2O3的加入净化了晶界,使得晶界处夹杂物均匀化,明显改善了晶界处夹杂物的形态,形成了致密均匀、无缺陷且显著细化的熔覆层组织。当稀土氧化物Y2O3含量为0.9%时,熔覆层的硬度达到510HV,耐磨性能达到最佳。     

铝合金表面ZnO/Y2O3/Al2O3微弧氧化涂层的制备及其热控性能研究

目的 改善铝合金表面热控性能。方法 通过微弧氧化技术,采用六水合硝酸钇(Y(NO3)3.6H2O)为稀土改性剂,在铝合金表面原位构筑ZnO/Y2O3/Al2O3微弧氧化涂层。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜,分析涂层晶体结构、化学组成和表面形貌;利用红外发射率仪和紫外/可见/近红外分光光度计分别测量涂层的发射率与太阳吸收率,进而探究涂层热控性能及其影响因素。结果 实验表明,钇源的用量能够显著影响涂层结构和热控性能,当钇源质量浓度为6 g/L时,所得ZnO/Y2O3/Al2O3涂层的红外发射率为0.859,太阳吸收率为0.405,具有最低吸辐比0.471,显示出优异的热控性能。结论 原位构筑稀土元素Y改性的微弧氧化涂层可有效提高铝合金表面的热控性能。这得益于微弧氧化过程中所生成的Y2O3,它可有效调控涂层的形貌、粗糙度和厚度。此外,由于Y2O3具有较大的禁带宽度,可降低微弧氧化涂层中ZnO在高能紫外光波段的吸收。     

EFFECTS OF Y2O3 AND CeO2 ON PROCESSING AND CHARACTERISTICS OF TUNGSTEN ELECTRODES

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ｔｕｎｇｓｔｅｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｏｎｅｋｉｎｄｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈｍｅｔａｌｏｘｉｄｅａｓＬａ２Ｏ３,ＣｅＯ２ａｎｄＹ２Ｏ３,ｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌ...     

不同wCa/wP对宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能的影响

目的 对不同wCa/wP的宽带激光熔覆生物陶瓷涂层性能进行研究，探究wCa/wP对涂层硬度、生物相容性及生物活性的影响规律，寻求最优试验参数，为以后制备性能优良的涂层提供参考。方法 运用梯度设计思想，采用宽带激光熔覆技术，在钛合金表面分别制备wCa/wP为1.35、1.40、1.45的梯度生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、显微硬度仪、模拟体液浸泡试验、体外细胞试验，研究不同wCa/wP对生物陶瓷涂层组织结构、生物相容性以及生物活性的影响。结果 XRD结果表明，涂层主要由CaTiO3、HA、Ca2SiO4、CaO、TCP等相组成。硬度测试表明，wCa/wP=1.45的涂层平均显微硬度最高，而wCa/wP=1.35的涂层平均硬度最低。体外细胞试验表明，所有涂层上的MG63分布均匀，细胞形态良好，wCa/wP=1.40的涂层上的OD值增长较快，共同培养至第5天时，测得的OD值远高于其他涂层，相较于第1天的OD值增加最多。SBF浸泡试验表明，3种wCa/wP的陶瓷涂层都在表面覆盖了类骨磷灰石，wCa/wP=1.40的涂层，经浸泡后表面覆盖了最多的类骨磷灰石。观察细胞生长形态，细胞的许多丝状伪足紧贴在涂层上，使得细胞可以粘附在涂层上并生长，呈现出正常的梭形形态，具备较完整的细胞膜，wCa/wP=1.40的涂层上粘附的细胞数量更多、分布更为均匀。结论 当wCa/wP=1.40时，Ca-P生物陶瓷涂层不仅拥有良好的生物矿化能力，能够形成更多类骨磷灰石，而且涂层上增殖吸附的细胞数量最多，涂层表现出良好的生物相容性和生物活性。     

稀土掺杂Gd2 O3对YSZ/（Ni，Al）热障涂层组织与性能的影响

目的提高YSZ/(Ni,Al)复合涂层与基体的结合强度和抗高温氧化性。方法采用电泳沉积的方法,在Inconel 600高温合金表面上沉积YSZ/(Ni,Al)复合涂层和掺杂稀土Gd2O3-YSZ/(Ni,Al)(简称G-YSZ/(Al,Ni))复合涂层,后进行真空烧结,然后对制备好的热障复合涂层进行划痕实验和等温循环氧化实验。通过对样品进行等温循环氧化实验,获取不同氧化时间段的复合涂层样品,并采用SEM和XRD对复合涂层组织和形貌进行分析。结果在1100℃等温氧化过程中,未掺杂稀土元素的氧化增重速率为0.0057 mg/mm2,而掺杂钆元素的氧化速率为0.0049 mg/mm2,氧化增重速率比未掺杂稀土YSZ/(Ni,Al)复合涂层的低。G-YSZ/(Ni,Al)热障复合涂层在等温氧化过程中颗粒长大较小、裂纹少、表面更加致密。真空烧结后的YSZ/(Al,Ni)复合涂层和G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度约为4.0 N,氧化100 h后,掺杂稀土的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层结合强度为3.5 N,未掺杂稀土的YSZ/(Al,Ni)复合涂层与基体的结合强度为2.6 N。G-YSZ/(Ni,Al)热障复合涂层中存在Gd2Zr2O7相和稳定的Ni Al2O4相,Gd2Zr2O7相具有良好的稳定性以及耐高温氧化。结论掺杂稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)涂层的抗高温氧化性能显著提高。在等温氧化过程中,掺杂稀土元素的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层,其颗粒趋向于均匀化,裂纹明显变少,使得涂层更加致密,表面更加平整。等温氧化100 h后,掺杂了稀土氧化钆的G-YSZ/(Al,Ni)复合涂层基体之间具有更好的结合力,抗剥落性和服役寿命较好。