纯铝微弧氧化陶瓷膜组织及耐腐蚀性能

利用微弧氧化技术,在碱性硅酸盐电解液中对纯铝进行表面改性处理,制备均匀致密的陶瓷膜。利用扫描电子显微镜(SEM)观察氧化陶瓷膜表面形貌及横截面组织结构,利用纳米压入硬度测试仪测量陶瓷膜的显微硬度和杨氏模量的分布,运用电化学方法测量陶瓷膜的耐腐蚀性能。结果表明,铝合金微弧氧化陶瓷膜的表面硬度高达25.3GPa,纳米硬度和杨氏模量在陶瓷膜的横截面分布相似,从膜基结合处向膜层表面呈下降趋势。从极化曲线中的腐蚀电势和腐蚀电流来看,微弧氧化处理后,纯铝的抗腐蚀能力得到很大的提高。     

氧化时间对Ti6Al4V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TiO₂;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。     

脉冲能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜性能的影响研究

微弧氧化是一种在钛合金基体表面制备致密均匀超硬氧化陶瓷膜层的新方法。从脉冲频率和占空比入手,研究了单脉冲放电能量对钛合金微弧氧化陶瓷膜厚度、表面形貌的影响。结果表明:当占空比固定不变时,随着频率的增加,单脉冲放电能量不断减小,氧化膜的厚度逐渐降低,显微硬度呈降低趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐减小,微孔数量逐渐增多;当脉冲频率固定不变时,随着占空比的增大,单脉冲放电能量不断增大,氧化陶瓷膜厚度逐渐增大,显微硬度呈增加趋势,氧化膜表面的放电微孔尺寸逐渐增大,微孔数量逐渐减少,表面粗糙度值逐渐增加。     

Ti6Al4V钛合金表面Al2O3颗粒改性微弧氧化涂层制备及性能

微弧氧化技术是一门新的表面处理技术,在很多领域有着广泛的应用前景,但其结构受限于电解液成分。本文通过在磷酸盐电解液中加入Al2O3陶瓷颗粒,使得在Ti6Al4V钛合金表面的微弧氧化涂层结构和性能得到改性。涂层的结构和性能通过扫描电镜和XRD衍射仪进行表征和测试,涂层的抗高温氧化性能和热震性能通过高温热循环氧化试验和热震试验进行测试。结果表明,通过在电解液中添加Al2O3陶瓷颗粒,涂层由Al2TiO5 and TiO2组成,涂层更为致密,表现出更为优异的抗高温氧化和热震性能。电解液中游动的Al2O3陶瓷颗粒在微弧氧化过程中被吸入到样品表面并进入涂层,涂层的结构和性能得到改性。     

电流密度对TC11钛合金微弧氧化性能的影响

以硅酸钠(Na2SiO3)和钨酸钠(Na2WO4)为电解质在TC11钛合金表面生成一层微弧氧化膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度测试仪等观察涂层表面形貌和横截面形貌以及内外陶瓷膜层的显微硬度。结果表明,与基体钛合金相比,当电流密度为9 A/dm2,膜层的显微硬度得到提高,但附着力有所降低。此外,在3.5%NaCl和30%H2SO4溶液中比较分析了膜层的电化学腐蚀和一般腐蚀,当电流密度为9 A/dm2时,在30%H2SO4溶液中的膜层具有较低的自腐蚀电流密度。最后,通过SiC和膜层的对磨实验研究了膜层的磨损机理。     

钛合金微弧氧化对其性能的影响

钛合金的微弧氧化 ( MДO)在各个领域中将逐渐获得越来越广泛的应用。这主要是因为它能改善钛合金 ,使其得到一般表面处理不易达到的性能。微弧氧化主要对钛合金的腐蚀、机械性能、表面粗糙度、氢的渗透性、低周疲劳强度等方面有较重要的影响。1　微弧氧化对强度及塑性的影响在船舶制造等一系列领域中 ,为了防止接触腐蚀 ,增加表面层的硬度、消除制品的内应力 ,通常对钛合金制件在空气中进行退火 ,使其表面生成富氧表层。钛合金在 750℃～ 80 0℃温度条件下 ,经过 5h的退火 ,其富氧层厚度可达 50 μm～ 6 0 μm,氧化物的微观硬度比原始材料…     

钛合金在硅酸盐溶液中微弧氧化陶瓷膜的组织结构

利用微弧氧化方法在硅酸盐溶液中在Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金表面生长出一层厚度达５０μｍ的陶瓷氧化膜,并用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、扫描电镜（ＳＥＭ）初步研究了氧化膜的组织结构。该氧化膜由大量金红石型ＴｉＯ２、ＳｉＯ２非晶相及少量锐钛矿型ＴｉＯ２相组成,且膜内层金工石含量比膜外层结相都是由微弧区熔融快速冷却形成的。硅元素已扩散到膜内层,Ｔｉ、Ｓｉ元素在膜内部分布是不均匀的。     

钛合金微弧氧化工艺及性能评价

结合国内外钛合金微弧氧化工艺的研究成果,叙述了微弧氧化电源类型、微弧氧化液及电参数对钛合金微弧氧化的影响;综述了钛合金微弧氧化膜层的硬度、结合强度、耐腐蚀性、耐磨性及抗高温氧化性的评价方法.对钛合金微弧氧化的研究方向提出了展望.     

钛合金生物活性陶瓷膜的电化学制备和性能研究

采用正交设计法,获得了在环保型电解液中,钛合金经微弧氧化,其表面生长出生物活性陶瓷层的最优工艺,即:镁盐5g/L,硅酸盐40g/L,添加剂5g/L,氧化电流密度165mA/cm2,溶液温度35℃.当氧化时间为30min时,可获得6～10μm的灰色光滑氧化膜.采用X衍射、扫描电镜研究氧化膜的结构、形貌,结果表明:钛表面氧化膜层含有大量锐钛矿相和少量钛酸镁相,表现出陶瓷性质,氧化膜层表面均匀分布大量微孔,孔径均匀,使得膜层有一定的粗糙度.钛氧化膜对仿生液的浸润性优于钛合金基体,氧化膜表面在过饱和磷灰石溶液中很容易生成磷灰石,具有生物活性.     

钛合金微弧氧化陶瓷层性能

利用脉冲微弧氧化技术在钛合金(Ti6A14V)表面制备陶瓷层.用 SEM 观察了陶瓷层的表面形貌和截面显微组织,XRJ)研究陶瓷层的相组成,用球-盘磨损实验机对陶瓷层的摩擦学性能进行了研究,并用光学显微镜镜观察了磨痕的形貌.结果表明厚度约为10 μm的微弧氧化陶瓷层由疏松层和致密层组成.陶瓷层主要由金红石TiO2相和锐钛矿TiO2相构成.抛光后的陶瓷层在干摩擦小滑动距离下表现出良好的减摩作用,耐磨性能也显著增强.     

镁合金微弧氧化陶瓷膜的制备及耐蚀性能

利用微弧氧化技术在AZ91D镁合金表面原位生成含有钙、磷元素的陶瓷膜层.用SEM、XRD、EDS等研究陶瓷膜微观形貌、相组成及元素含量,利用Tafel和EIS技术来评价陶瓷膜的腐蚀性能.结果表明,所制备的陶瓷膜层成功地引入了钙和磷元素,陶瓷膜层主要由Mg2SiO4和MgO相组成.增加钙盐浓度,可以使膜层内的钙元素含量增多,微孔增加并且出现了微裂纹.电化学测试表明陶瓷膜使得镁合金在0.9%NaCl生理盐水中的耐蚀性提高了1～2个数量级,当钙盐浓度为0.3 g/L时,陶瓷膜层的耐蚀性最好.     

Characterization of bioactive ceramic coatings prepared on titanium implants by micro-arc oxidation

Micro-arc oxidation （MAO） is an enhanced chemical technology in an electrolyte medium to obtain coating structures on valve-metal surfaces. Titanium oxide films obtained by MAO in the sodium phosphate electrolyte were investigated. The films were composed mainly of TiO2 phases in the form of anatase and mille and enriched with Na and P elements at the surface. Their apafite-inducing ability was evaluated in a simulated body fluid （SBF）. When immersing in SBF for over 30 d, a preferential carbonated-hydroxyapatite was formed on the surfaces of the films, which suggests that the MAO-treated titanium has a promising positive biological response.     

镁合金微弧氧化陶瓷膜耐蚀性的无损评价

在硅酸盐系电解液中,采用恒压模式制备具有相同厚度的微弧氧化陶瓷膜,借用扫描电镜观察陶瓷膜表面形貌,利用腐蚀面积法评价其腐蚀速率,使用LCR数字电桥测量陶瓷膜的介质损耗正切值tanδ,分析了微弧氧化能量参数对陶瓷膜表面微观形貌的影响,研究了介质损耗正切的平均值tanδ与陶瓷膜表面形貌的对应关系,探讨了以tanδ评价陶瓷膜耐蚀性的理论可行性。结果表明,随频率升高、占空比降低,陶瓷膜表面微孔孔径减小,致密性增大;tanδ随频率减小而线性增大,随占空比的增加而先平缓增加后急剧增大,随tanδ的增大陶瓷膜耐蚀性变差,可以用tanδ对陶瓷膜耐蚀性进行无损评价。     

钛合金微弧氧化陶瓷膜的生物摩擦磨损性能

利用微弧氧化技术,采用甘油磷酸钙和乙酸钙混合电解液体系,在Ti6A14V钛合金表面制备了富含Ca,P元素的多孔陶瓷膜,研究了微弧氧化陶瓷层的摩擦学性能。在25%小牛血清润滑条件下,与Si3N4陶瓷球的滑动摩擦实验结果显示,微弧氧化处理使磨损率降低了近一个数量级,表明微弧氧化膜层具有良好的耐磨损性能;与牛骨的微动摩擦实验结果显示,微弧氧化陶瓷层的摩擦系数高于Ti6A14V,而且位移振幅越大摩擦系数越高,说明微弧氧化处理能有效阻止植入假体与骨组织之间的微动。     

Wear resistance of ceramic coating on AZ91 magnesium alloy by micro-arc oxidation

The ceramic coating formed on AZ91 magnesium alloy by micro-arc oxidation （MAO） was characterized. The results show that the ceramic coating （3.4-23 μm in thickness）on the surface ofAZ91 alloy was attained under different micro-arc oxidation treatment conditions, which consist mainly of MgO, Mg2SiO4 and MgSiO3 phases. Nano-hardness in a cross-sectional specimen was determined by nano-indentation experiment. The MAO coatings exhibit higher hardness than the substrate. Dry sliding wear tests for the MAO coatings and AZ91 alloy were also carded out using an oscillating friction and wear tester in a ball-on-disc contact configuration. The wear resistance of the MAO coatings is improved respectively under different treatment time as a result of different structures of ceramic coatings formed on AZ91 alloy.     

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。     

TC4钛合金表面微弧氧化制备多孔陶瓷层的能耗

为了研究低能耗对膜层性能影响,利用自制微弧氧化设备在乙酸钙-磷酸盐体系对TC4钛合金进行微弧氧化处理,采用多重正交实验,从膜层厚度、单位能耗出发,确定了TC4钛合金在乙酸钙-磷酸盐体系中的最佳工艺参数。结果表明,膜层最厚的较佳工艺参数为:475 V、300 Hz、15 min、Ca/P=2;低能耗的较佳工艺参数为:425 V、300 Hz、20 min、Ca/P=1.5;两种膜层物相中都含有Ti O2相及具有生物活性的钙磷化合物相;最厚膜层(电解液Ca/P为2)中Ca/P达到1.43,最为接近人体骨骼羟基磷灰石中的Ca/P为1.67。这两种氧化膜的腐蚀电位相对于未处理的基体均发生了正移,而最厚膜层的正移幅度更大,都有助于提高TC4钛合金的耐蚀性。     

添加剂浓度对微弧氧化陶瓷层结构及耐蚀性的影响

在Na2SiO3-KOH电解液体系中添加不同浓度的（NaPO3）6,采用微弧氧化（MAO）技术在AZ91D镁合金表面原位制备含MgO、Mg2SiO4、MgAl2O4和非晶相的陶瓷层。通过环境扫描电镜（ESEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱仪（EDAX）和电化学分析等方法研究（NaPO3）6的浓度对微弧氧化陶瓷层组成、结构及耐腐蚀性能的影响。结果表明,随着（NaPO3）6浓度的提高,膜层的厚度、表面粗糙度近似线性增加,膜层的结构发生较大变化,膜层qbMgO和Mg2SiO4含量先增加后减少,而MgAl2O4含量逐渐减少;当（NaPO3）6的加入量为5g／L时,膜层的耐蚀性最好,其自腐蚀电流密度较之基体降低了3个数量级,自腐蚀电位正移233．7mV;继续提高（NaPO3）6的浓度,膜层的耐蚀性又逐渐下降。     

Characterization and corrosion behavior of ceramic coating on magnesium by micro-arc oxidation

In this study, the commercial pure magnesium was coated in different aqueous solutions of Na₂SiO₃ and Na₃PO₄ by the micro-arc oxidation method (MAO). Coating thickness, phase composition, surface and cross sectional morphology and corrosion resistance of coatings were analyzed by eddy current method, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) and tafel extrapolation method, respectively. The average thickness of the coatings ranged from 52 to 74 μm for sodium silicate solution and from 64 to 88 μm for sodium phosphate solution. The dominant phases on the coatings were detected as spinal Mg₂SiO₄ (Forsterite) and MgO (Periclase) for sodium silicate solution and Mg₃(PO₄)₂ (Farringtonite) and MgO (Periclase) for sodium phosphate solution. SEM images reveal that the coating is composed of two layers as of a porous outer layer and a dense inner layer. The corrosion results show the coating consisting Mg₂SiO₄ is more resistant to corrosion than that containing Mg₃(PO₄)₂.