多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金表面活性次级微孔涂层的构建及其成骨诱导性能研究

为提高多孔医用钛合金的生物活性,以实现快速骨整合,首先利用微弧氧化法(MAO)在多孔Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)合金表面制备出含Ca、P的次级微孔涂层,并在此涂层表面通过水热处理生成羟基磷灰石(HA),得到活性次级微孔涂层。采用X射线衍射、电子扫描显微镜和能谱仪分析了活性次级微孔涂层的相组成、微观形貌和元素特征,通过接触角测试实验对比研究了TLM钛合金表面改性前后的亲水性变化,并进一步通过动物实验研究了经表面活性次级微孔层改性后的多孔TLM钛合金的骨整合性能。结果表明,微弧氧化处理可在多孔TLM表面形成规整的含Ca、P相的次级微孔层,水热处理后微孔层的亲水性增强,且具有良好的成骨诱导性能。     

TC4钛合金的表面氧化及其对疲劳性能的影响

将TC4钛合金在300~850℃下进行了热处理,研究了不同温度处理后材料表面氧化层的特征变化和表面氧化层对材料疲劳性能的影响。结果表明,随温度的升高,氧化层的颜色发生了变化,氧化层的厚度增加,550℃后增加速度明显加快;试样在空气中经过800℃×3 h热暴露后,疲劳强度降低了约200 MPa。     

TC4钛合金表面磁控溅射TiAlN涂层的组织与性能

采用TiAl合金靶材,在TC4钛合金基材表面以不同磁控溅射工艺沉积制备了TiAlN涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分别分析了不同工艺制备的TiAlN涂层的表面形貌、表面成分及相结构,并对TiAlN涂层的耐蚀性、耐磨性等进行了研究。结果表明,采用磁控溅射工艺可在TC4钛合金表面制备出表面相对平整且结构致密的TiAlN涂层;沉积了TiAlN涂层的TC4钛合金试样的表面性能得到了提高,其磨损失重量和TC4钛合金基材相比降低了80%,耐盐雾腐蚀性能达到了保护级9级。     

表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响

研究了磨削、一次喷丸、二次喷丸3种表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律,采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪对经不同方法加工的试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力分布等表面完整性参数进行了表征。采用旋转弯曲疲劳试验机分别测试了不同方法加工的光滑试样(应力集中系数Kt=1)和缺口试样(Kt=2)的旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明,相比磨削,一次喷丸和二次喷丸处理后TC4钛合金光滑试样和缺口试样的疲劳极限均显著提高,TC4钛合金的疲劳缺口敏感性下降。另外,二次喷丸的疲劳极限增益效果优于一次喷丸的,原因是二次喷丸在TC4钛合金表面形成了更优的残余压应力场分布和更低的表面粗糙度。     

热加工工艺对Beta-C钛合金组织和力学性能的影响

利用Gleeble-3800热模拟试验机在应变速率为20 s~(-1)、变形温度为780~920℃的条件下对Beta-C钛合金试样进行热模拟实验,分析该合金的热变形行为,并在此基础上研究一次镦拔和多次镦拔对Beta-C钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:当压缩温度为780℃时,热压缩试样出现剪切开裂;当压缩温度为830~920℃时,热压缩试样表面完好,可进行热加工。在相变点以上100℃的β相区进行多次镦拔后,Beta-C钛合金棒材的显微组织可得到明显改善,晶粒更加细化、均匀,综合力学性能得到提高。     

热处理制度对汽车用TC6钛合金组织及性能的影响

采用四种不同热处理制度对汽车用TC6钛合金棒材进行了等温退火试验,并进行了试样显微组织、耐磨损性能和耐腐蚀性能测试与分析.结果 表明,采用"870℃保温1.5 h,炉冷至600℃保温2h,空冷"热处理制度(1#试样)时,合金的耐磨损和耐腐蚀性能最差;采用"900℃保温1.5h,炉冷至600℃保温2h,空冷"热处理制度(2#试样)时,合金的耐磨损和耐腐蚀性能最佳;采用"920℃保温1.5 h,炉冷至600℃保温2h,空冷"(3#试样)和"900℃保温1.5h,炉冷至620℃保温2h,空冷"(4#试样)时,合金试样的腐蚀电位和耐腐蚀性能介于上述二者之间.与1 #试样相比,2#试样的磨损体积减小8×10-3mm3、腐蚀电位正移53 mV.     

生物医用近β钛合金TLM表面官能化的研究

在新型近β钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb(TLM)表面用溶胶-凝胶法镀上一层TiO2薄膜,在500～1000℃热处理后,将薄膜分别用过硫酸钾溶液、双氧水/硫酸混合溶液、双氧水/盐酸混合溶液3种溶液处理以在薄膜表面引入活性OH.研究了3种不同溶液的处理效果以及处理时间对薄膜表面引入OH的影响.检测结果表明,3种溶液处理后均能在薄膜表面引入OH.双氧水和硫酸溶液及双氧水和盐酸溶液处理3 h后OH-密度就可达到峰值,而过硫酸钾溶液处理5 h后OH-浓度才能达到峰值,过硫酸钾溶液处理效果最好,其余两种溶液处理效果基本相同.薄膜表面引入OH-后,对蒸馏水的接触角降低,亲水性更好.     

炭纤维表面BN涂层的制备及其介电性能

采用化学转化法在炭纤维表面制备BN涂层。首先将炭纤维浸渍硼酸和尿素的混合溶液,然后在N2气氛和不同温度下(700、800、900和1 000℃)热处理2 h。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(IR)和X射线光电子能谱(XPS)对BN涂层的物相、形貌和成分进行分析,研究热处理温度对BN涂层结构的影响,以及涂层对炭纤维介电性能的影响。结果表明:浸涂了硼酸和尿素溶液的炭纤维在N2气氛下于800℃热处理2h,可制得较为均匀的BN涂层;随着浸涂-热处理次数增加,涂层质量得到改善,浸涂-热处理3次后炭纤维表面涂层均匀连续,涂层厚度约390 nm,且无剥落或开裂现象;但浸涂-热处理次数超过3次后,涂层出现剥落和开裂现象,涂层质量变差;3次浸涂-热处理后的炭纤维介电常数实部ε’为26.54~9.15,虚部ε"为35.8~31.7,与未处理炭纤维(ε’=31.6~6.3,ε"=55.6~40.6)相比,ε"下降,ε’升高。     

铁尾矿微晶玻璃在热处理过程中的相组成及组织演变

以铁尾矿为主要原料制得玻璃粒料,分别在700、900和1 100℃以及更高的温度(1 135℃和1 200℃)下对玻璃料进行热处理,利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征热处理后微晶玻璃的物相组成与微观结构,研究在不同温度下热处理后玻璃的相组成及微观结构演变。结果表明:7 00℃热处理开始析出正交晶系橄榄石型和三斜晶系日光石型物相;随热处理温度升高,日光石型和橄榄石型物相逐渐减少,并形成尖晶石型物相,结晶相晶粒逐渐长大;900℃下热处理后主要结晶相为立方晶系尖晶石和三斜晶系钠钙长石物相;在高于1 100℃温度下热处理时,形成以磁性物相尖晶石型铁氧体为主要结晶相的微晶玻璃。     

医用近β型TLM合金的超亲水表面改性

医用近β型钛合金TLM(Ti - 25Nb - 3Zr - 2Sn - 3Mo)具有优良的力学和生物学性能.TLM合金经过NaOH溶液处理后表面形成了钛(铌)酸钠凝胶层,再经过稀HCl浸泡后转化为氧化钛(铌)凝胶层.经过2.5 mol/L NaOH(12 h)-HCl处理的TLM合金表面形成了纳米多孔凝胶层,15 mi...     

高温热震对具有SiC涂层的C/C复合材料压缩性能的影响

采用化学气相反应法在C/C复合材料表面制备SiC涂层,对SiC涂层C/C复合材料试样进行热震实验。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱分析等研究涂层的形貌和结构,采用压缩性能试验研究热震次数及热震温度对SiC涂层C/C复合材料试样压缩性能的影响。结果表明:试样的抗压强度在197.9~237.0 MPa之间,平均抗压强度为210.4 MPa。在1 100℃下进行热震实验,抗压强度随热震次数增加呈近似线性降低趋势;当热震次数一定时(15次循环热震),在900~1 500℃温度范围内,抗压强度随热震温度升高逐渐降低。热震温度为1 500℃时,热震后试样的抗压强度略有升高,主要与热震过程中氧化形成的SiO2玻璃的高温自愈合作用有关。     

新型Ti-3Al-2Mo-2Zr(TA24)合金焊接及热处理工艺研究

根据新型钛合金Ti-3Al-2Mo-2Zr(TA24)化学成分、组织、性能特点,研究了材料典型温度高温性能,采用GTAW焊接中厚新型钛合金试板,在焊接接头无损检测后,在规定温度下执行焊后热处理,制备试样进行力学性能和金相等试验,分析新型钛合金焊接性及不同焊后热处理温度接头性能变化。结果表明新型钛合金具有良好焊接性和耐高温性能,650～750℃是该新型合金焊后热处理适宜温度。     

水热温度对钛片表面制备TiO2纳米棒的影响

以NaOH为溶剂,利用水热法在医用钛表面制备了TiO_2纳米棒,系统研究了水热温度对产物的影响以及TiO_2纳米棒的生长机制。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测定仪分析钛表面生成产物的形貌、物相组成和钛表面与水的接触角。结果表明,水热过程中,温度决定了产物的结构和形貌。当NaOH浓度为5 mol/L、热处理温度为450℃、水热温度为130℃时,钛表面可以生成分布及尺寸均匀、长度基本一致的TiO_2纳米棒,其长度约为200 nm,直径约为20 nm,有望最大限度地提高钛植入材料的生物活性。     

Na掺杂g-C3N4纳米管的合成及其光催化性能

以三聚氰胺和三聚氰酸作为前驱体,将三聚氰胺和三聚氰酸的混合悬浮液通过水热反应生成超分子中间体(MCA),然后经煅烧中间体合成g-C₃N₄纳米管,最后再采用热处理向g-C₃N₄纳米管中引入Na元素,获得了Na掺杂g-C₃N₄纳米管。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDXS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和光致发光(PL)对系列试样进行表征,以苯酚(Phenol)溶液为降解对象,研究了试样的光催化性能。研究表明,通过水热、煅烧和热处理过程制备的Na掺杂g-C₃N₄纳米管,不仅提升了光的吸收能力,而且使g-C₃N₄的本征吸收边红移,拓宽了其可见光的吸收范围,增强了对可见光的吸收率,从而提高了太阳光的利用率。另外,Na掺杂能够提供更多的载流子并延长载流子寿命,提高了光...     

Bi对低温取向硅钢高温退火过程组织和织构的影响

以含Bi和不含Bi两种成分低温取向硅钢进行高温退火中断实验,借助磁测仪（MPG 200D）进行磁性能测量,借助金相显微镜观察晶粒尺寸,利用X射线衍射（XRD）对高温退火连续升温过程中织构进行研究分析。实验结果表明,添加Bi元素后,初次晶粒尺寸减小,二次再结晶晶粒尺寸增加至20~60 mm,成品磁性能更优。Bi加入后二次再结晶开始温度明显提高,含Bi试样和不含Bi试样发生晶粒异常长大的温度范围分别是1 080~1 100 ℃和1 060~1 080 ℃。织构分析结果显示,随着高温退火温度提高,{111}和{100}面织构逐渐减弱,{110}面织构和Goss织构逐渐增强,含Bi和不含Bi试样的高斯织构转变温度分别为1 100 ℃和1 080 ℃,随后高斯织构密度和体积百分比逐步增加,最终含Bi试样的高斯织构密度和体积百分比均高于不含Bi试样。     

形变热处理工艺对铝合金电工圆杆性能的影响

通过金相显微镜观察、拉伸力学性能测试、扫描电镜观察及X射线物相分析等方法研究了不同形变热处理工艺对铝合金电工圆杆性能的影响。结果表明,形变处理与固溶时效处理配合使用,试样的析出相增多,且更加弥散地分布在基体上,在起到弥散强化的同时,也提高了试样的导电率。经过450~550℃×(4~8)h固溶、变形量31%冷轧预变形、160~220℃×(6~10)h时效、变形量84%冷轧处理后,试样的综合性能较优,抗拉强度为202 MPa,导电率为59.11%IACS。     

含铜马氏体不锈钢的性能研究

研究了不同热处理条件下含铜量为3％的Cr13型马氏体不锈钢的性能.分别在900 ～1 200℃对Cr13Cu3进行正火热处理,然后测试了经正火后试样的硬度、富铜相析出情况和抗菌性.结果表明,Cr13Cu3在950 ～1 200℃间正火时硬度(HRC)达到50以上,但抗菌效果不好.又将经过1 100℃正火后的Cr13Cu3试样在300～650℃进行回火,测试结果显示,低于450℃回火时硬度较低;在450℃回火的硬度(HRC)达到50,但抗菌效果不佳;高于450℃回火时耐蚀性明显下降.由此可见,含铜马氏体不锈钢难以同时达到高硬度、高耐蚀性和抗菌性的要求.     

锌和镀锌钢的稀土表面改性

通过在Ce(NO_3)_3水溶液中对锌和电镀锌钢进行化学转化(钝化)处理,在试样表面形成了铈转化膜。利用电子探针显微分析(EPMA)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)等研究了转化膜的形貌、成分和结构,探讨了锌表面铈转化膜的形成机理。在氯化钠溶液中测定了试样的腐蚀率、极化曲线和电化学交流阻抗谱(EIS)等腐蚀性能参量,并与未钝化和普通铬酸盐钝化试样的情况作了对比。结果表明,本实验得到的锌表面稀土转化膜主要是由CeO_2、Ce_2O_3和ZnO组成的复合氧化物膜,铈转化膜的存在阻碍了锌在电化学腐蚀过程中的阴极反应和阳极反应,导致电荷传递电阻增大,腐蚀率降低。在一定条件下,铈转化膜对锌和镀锌钢的肪蚀效果优于铬酸盐转化膜。     

弹簧钢表面裂纹氧化行为的研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机,通过高温氧化模拟试验,对弹簧钢表面裂纹在高温时的氧化行为进行了研究。试验结果表明,900℃以下时,裂纹表面氧化铁皮以Fe O为主;900℃以上时,以Fe O+Fe3O4为主;800~1 200℃区间试样裂纹周围脱碳层厚度的计算结果与实际值一致;1 100℃及以上时,试样表面裂纹周围开始形成氧化圆点,温度越高、保温时间越长、氧原子浓度越高,越容易形成氧化圆点。     

SiO2表面改性炭纤维的抗氧化性能与微波吸收性能

通过SiO2溶胶浸渍和热处理,在炭纤维表面制备SiO2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪观察和分析SiO2改性炭纤维的表面形貌及涂层成分,通过热重分析研究纤维样品的氧化行为,用数字电桥测试样品的电阻并计算电阻率,用微波矢量网络分析仪测试纤维的电磁参数并计算微波反射系数。结果表明:表面涂覆SiO2使炭纤维起始氧化温度提高近200℃,改性炭纤维的复合电阻率为纯炭纤维电阻率的2.6倍。SiO2涂层厚度为3 mm的炭纤维环形试样在7~15 GHz频率范围内的反射系数低于5 dB,反射系数小于10 dB的吸收带宽为5 GHz,在8.7 GHz频率位置具有最大吸收峰,反射率为26.2 dB。表面涂层SiO2有利于增强炭纤维的微波吸收性能。