植入钛合金表面制备羟基磷灰石涂层的研究进展

综述了国内外制备羟基磷灰石涂层技术的研究现状,概括了离子束辅助沉积、等离子喷涂、电泳沉积、微弧氧化、溶胶-凝胶和磁控溅射沉积等制备方法的基本原理和工艺特点,总结了膜层的组织结构和性能特点.最后,基于植入钛合金表面性能需求,指出植入钛合金表面制备羟基磷灰石涂层技术的不足和未来研究方向.     

微弧氧化电压对钛基氧化膜成分及生物活性的影响

采用微弧氧化法在纯钛表面制备了多孔钛氧化膜并进行表征。室温条件下,采用200V至350V恒压模式以0.5mol/L磷酸溶液作为电解液进行微弧氧化实验。FESEM分析表明,不同电压下,微弧氧化法制备出的氧化膜层均为多孔结构,孔径分布随电压的升高而增大。XRD和XPS分析表明,在强烈的微弧放电过程中,纯钛表面生成了TiO2和TiP2O7,随着电压的增高,TiO2的结晶度和磷元素的含量逐渐升高。体外实验表明,羟基磷灰石的沉积主要归因于样品表面含有大量可分解成HPO24?的TiP2O7,HPO24?离子被吸附到样品表面成核。约4at%磷元素能促进羟基磷灰石的生成。     

微弧氧化和碱处理对钛的细胞黏附和骨植入行为的影响研究

海南大学与南京理工大学的科研工作者联合考察了微弧氧化处理和碱处理对钛表面形貌、涂层成分、羟基磷灰石沉积能力、细胞黏附性、骨内植入效果的影响。结果表明,经微弧氧化和碱复合处理后,钛表面TiO2薄膜呈现大量裂缝,表现出表面含大量OH-极性基团的纳米多孔网状结构,此微观结构和组成使材料诱导羟基磷灰石生成能力显著,利     

微弧氧化-水热处理法钛合金表面活化的研究现状

综述了微弧氧化-水热处理法钛合金表面活化技术的发展状况、原理及其影响因素;系统分析了微弧氧化-水热处理法制备羟基磷灰石技术的优点以及现阶段存在的问题;并对微弧氧化-水热处理法的应用前景进行了展望。     

Effect of Electrolytic Solution Concentrations on Surface Hydrophilicity of Micro-Arc Oxidation Ceramic Film Based on Ti6Al4V Titanium Alloy

在不同电解液浓度的钙盐和磷酸盐混合体系中对Ti6Al4V合金进行微弧氧化(MAO)以改善其微观结构和亲水性能。利用扫描电镜、X射线衍射仪、测厚仪以及电化学工作站等对生成膜层的显微结构、物相组成、厚度以及亲水性能进行研究。结果表明:所制备的微弧氧化膜表面为粗糙多孔结构,含锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石。随磷酸二氢钾浓度升高,羟基磷灰石相增多;微弧氧化膜厚度增大到一定值后不再发生变化;微弧氧化致密层与疏松层比例发生变化,增厚的疏松层表面多孔,且有较多含Ca、P的羟基磷灰石相,陶瓷膜的亲水性能提高,使得微弧氧化陶瓷膜的生物相容性得到提高。     

水热反应液浓度对TC4钛合金微弧氧化涂层硬度和摩擦性能的影响

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化进行表征。研究结果表明:随着水热反应液浓度增加,TC4钛合金微弧氧化涂层中金红石相Ti O2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相Ti O2减弱。在水热处理24 h后,在水热反应试验条件下能实现羟基磷灰石颗粒的合成,并且反应液浓度越高,获得的羟基磷灰石越多。水热合成浓度增加,有助于TC4钛合金涂层表面平整度增加。水热处理后的TC4钛合金MAO涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。水热处理TC4钛合金MAO涂层的摩擦因数在0. 95～1. 1之间,水热合成液的浓度对摩擦因数影响不明显。     

钛合金微弧氧化生物活性陶瓷膜润湿性及耐腐蚀性能研究

通过微弧氧化技术(MAO)在Ti6Al4V合金表面获得了富含Ca、P的生物陶瓷膜,对陶瓷膜的物相组成、微观形貌及其在Hank's模拟体液中的阳极极化行为进行了研究,分析了不同微弧氧化电压对陶瓷膜润湿性能及耐腐蚀性能的影响.结果表明,所制备的陶瓷膜表面粗糙多孔,主要由锐钛矿、金红石以及少量羟基磷灰石和无定形相组成.随着微弧氧化电压升高陶瓷膜中的金红石和羟基磷灰石的含量增加,陶瓷膜中微孔数量减少,但尺寸增加,孔隙率变化不明显.微弧氧化膜的接触角随微弧氧化电压的升高不断减小,说明润湿性能逐渐改善,陶瓷膜的粗糙度和物相是主要影响因素.微弧氧化膜使合金在模拟体液中发生阳极电阻极化,氧化电压越高耐腐蚀性能越好.     

医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金微弧氧化膜的制备及性能研究

在新型近β医用钛合金Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)表面用微弧氧化法制备一层多孔薄膜,利用XRD、SEM、EDS考察了微弧氧化膜的晶相组成、表面微观形貌和元素特征,并通过体外模拟体液(SBF)浸泡和成骨细胞培养试验研究该微弧氧化膜的骨诱导活性。结果表明,TLM合金表面的微弧氧化薄膜主要由金红石型和锐钛矿型TiO2组成,金红石型TiO2所占比例较大。该微弧氧化膜是一种含钙磷元素、多孔、具有陶瓷特性的混合物,微孔布满整个膜层,且在内部相互交联相通,微弧氧化薄膜与TLM基体间的结合强度为43 MPa。该微弧氧化薄膜在模拟体液中可诱导生成活性羟基磷灰石,磷灰石沉积层与微弧氧化薄膜间的结合强度为31 MPa。细胞培养结果显示,成骨细胞能够在微弧氧化膜表面很好地黏附和生长。     

微弧氧化法制备氧化钛基多孔复合生物陶瓷涂层

采用新颖的微弧氧化法(Microarc oxidation,MAO)在钛合金表面制备氧化钛基含钙磷的多孔复合生物陶瓷涂层.用扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDAX)和X射线衍射(XRD)表征涂层的微观形貌、元素与相组成.采用纳米压痕仪(Nano Indenter)测试涂层的力学性能,并通过在模拟体液(Simulated body fluid,SBF)中培养对陶瓷涂层的生物活性进行了初步研究.结果表明,微弧氧化时间、电解液配比与电参数是影响涂层结构与Ca/P比值的关键工艺参数.涂层主要由锐钛矿和金红石相TiO2及钙磷化合物组成.涂层内层为致密的氧化钛层,并与钛合金基底成微冶金结合.涂层外层主要为含钙磷的化合物层,且涂层表面呈多微孔结构,有利于骨组织的长入并改善骨与植入体的结合.涂层的硬度为5.9GPa,弹性模量为102.5GPa.优化工艺参数下(氧化时间5min,占空比8%)制备的涂层,在模拟体液中培养8周有明显的羟基磷灰石沉积.羟基磷灰石在微孔内或孔边缘位置首先形核并长大,并逐渐向周边扩展生成羟基磷灰石层,体现了多孔含钙磷生物陶瓷涂层良好的诱骨生长特性.     

电泳沉积制备Ca10(PO4)6(OH)2/TiO2/Ti复合涂层

采用电泳沉积法在经阳极氧化的钛板表面形成羟基磷灰石涂层,研究了电解液浓度、电压、时间对氧化膜及涂层的影响,并进行了XRD和SEM表征。得出了阳极氧化的最佳工艺参数:电解液H2SO4的体积分数为20%,电压为120V,氧化时间为10min;电泳沉积的最佳工艺参数为:悬浮液的质量浓度为15g/L,沉积电压为250V,沉积时间为3min。     

工艺因素对镁合金微弧氧化膜层性能的影响

本文通过对镁合金微弧氧化膜制备中电流密度、电压、脉冲频率、占空比、电解液配方、浓度、温度、电导率、氧化时间等的分析,表明电参数和非电参数都是影响微弧氧化膜层形成、组织结构和性能的重要因素.     

铝合金PEO涂层表面原位制备Mg-Al LDH膜及其耐蚀性能研究

目的优化Mg-Al LDH/MAO涂层的制备工艺,提高铝合金的耐蚀性。方法将微弧氧化样置于不同pH溶液中,在不同反应时间和反应温度下,采用原位生长法在2024铝合金表面制备层间含NO3^–的MgAl-LDHs/MAO复合涂层。借用SEM、EDS、XRD研究LDH/MAO的微观组织结构,并利用电化学法表征MgAl-LDH/MAO复合涂层试样的腐蚀行为,揭示复合涂层的耐蚀机理以及最优异的工艺条件。结果pH值为6和7的溶液制备出的涂层,生成了少量的LDHs,多数集中在孔洞附近,且生长不完全。相比之下,pH值为9的溶液制备出的涂层生成的片状水滑石更多,且较均匀,腐蚀电流较低,腐蚀电位较高。反应时间为12 h时,生成的水滑石较少,只有部分孔洞处会看到一些;反应时间为24 h和48 h制得的合金形貌相差不大,水滑石皆明显多于12 h的样品,且更加均匀。反应温度为180℃和220℃的合金形成的LDHs较多、较均匀,且生长较好,呈现很明显的片状结构。结论弱碱的制备环境、反应温度的升高和反应时间的延长,促进了水滑石的生成,所得Mg-Al LDH/MAO复合涂层有效地改善了2024铝合金的耐蚀性。     

负向电压对海洋平台铝合金钻探管表面微弧氧化膜组织和耐蚀性影响

目的 提高海洋平台铝合金钻探管的耐腐蚀性能.方法 采用微弧氧化技术,在海洋平台钻探管用2 A12铝合金表面制备氧化铝陶瓷膜.通过盐雾试验,研究负向电压对微弧氧化膜耐腐蚀性的影响,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对微弧氧化膜的微观形貌、组织结构进行分析.结果 在微弧氧化处理过程中,随着负电压的升高,微弧氧化膜表面的孔径先增大后减小,膜表面变光滑.在一定负电压范围内,Al2 O3相的含量随负电压的升高先增加,当负电压达到一极限值后,Al2 O3相随负电压的升高而减少.负电压的增大能提高微弧氧化膜的耐腐蚀性,当负电压由8 V升高至24 V时,腐蚀速率由0.00568 g/(dm2·h)降低至0.00028 g/(dm2·h),前者是后者的20倍;当负电压为4 V时,部分膜层剥落,腐蚀严重;当负电压增至24 V时,有效延缓了微弧氧化膜的腐蚀程度.结论 在微弧氧化处理过程中,负电压对微弧氧化膜的制备有较大影响,增大负电压能有效提高微弧氧化膜的耐腐蚀性,此外基体本身所含的Fe、S等杂质是影响微弧氧化膜的主要因素.     

6061铝合金表面新型黄色微弧氧化陶瓷层的制备与表征

目的 研究6061铝合金表面新型微弧氧化黄色陶瓷层的制备工艺,并对其微观结构、成分、硬度、耐蚀性能等进行表征。方法 在以Na2SiO3为基础的电解液中加入Na2SnO3进行微弧氧化处理,制备出黄色微弧氧化陶瓷层,并与传统白色、黄色、黑色微弧氧化陶瓷层作对比。采用SEM和EDS分析膜层表面形貌和元素分布,借用XPS对膜层进行成分表征,使用硬度计测试其表面硬度,采用电化学工作站和人造海水腐蚀实验评价陶瓷层的抗腐蚀性能。结果 随着电解液中Na2SnO3浓度的增加,陶瓷层中Sn元素含量增加,Si元素含量减少,陶瓷层黄色饱和度不断增强。黄色含Sn陶瓷层制备过程中,电解液中的SnO32-在高温高压下转化为SnO2,导致陶瓷层硬度达到365HV,高于白色与黑色陶瓷层。在3.5% NaCl溶液中进行电化学测试,黄色含Sn陶瓷层的腐蚀电流密度与腐蚀电位分别为9.34×10-9 A/cm2和-0.34 V,耐蚀性优于白色和黄色含Mn陶瓷层。结论 在电解液中添加Na2SnO3可在铝合金表面生成具有较高硬度和耐蚀性能良好的类似沙漠黄色的陶瓷层,为铝及其合金在多领域的应用奠定了一定的实验基础。     

纳米二氧化钛制备工艺研究进展

介绍了国内纳米二氧化钛微粒的多种制备工艺，重点论述了液相法制备纳米二氧化钛的相关技术的优缺点及工艺进展。指出未来工艺的发展方向应以降低成本、提高分散性、表面改性为重点。     

铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究进展

简述了微弧氧化技术的基本原理和优点,着重介绍了实验参量,如电源模式、电解液组成、电压、频率、占空比、氧化时间、基材成分等对铝合金微弧氧化的影响,总结和分析了铝合金微弧氧化陶瓷涂层微观结构与性能的特点及其关系。最后,针对目前铝合金微弧氧化陶瓷涂层研究领域存在的问题,提出了今后的研究方向。     

锌改性微弧氧化热控涂层的研究进展

航天器在轨工作时,由于处于独特的空间环境,将面对各种极端条件。因此为保障其安全稳定地运行和工作,在航天器结构材料表面构筑具有低吸收性能与高发射性能的热控涂层成为研究热点。微弧氧化(MAO)技术是一种新兴的热控涂层制备方法,具有操作简易、组成可调控性、涂层致密以及广泛适用性等优点,适用于制备长服役期高性能热控涂层。综述锌改性微弧氧化热控涂层的研究进展,阐述了材料热控性能的评价指标及热控材料的分类,重点概述了改性剂锌源种类(如Zn²⁺或ZnO纳米粒子)对微弧氧化过程、反应机理、涂层结构和组成以及热控性能等的影响。最后,针对原位构筑MAO热控涂层现在主要存在的问题进行了分析,并对未来发展趋势进行了展望。     

铝及其合金的微弧氧化技术

综述了近年来利用微弧氧化技术对铝及其合金进行表面处理的研究进展;着重分析归纳了电流密度、电压、频率等电参量以及不同基体材料对铝合金微弧氧化膜的生长、成分、结构和性能等方面的影响;分类评价了铝合金微弧氧化处理中常用的电解液体系;简要描述了铝合金微弧氧化的动力学特点和膜层的生长机理;指出电参量的控制以及电解液成分和浓度的调整是将来铝合金微弧氧化技术的研究重点.     

Tribological properties of solid lubricating film/microarc oxidation coating on Al alloys

A process for preparation of solid lubricating films on micro-arc oxidation（MAO） coating was introduced to provide self-lubricating and wear-resistant multilayer coatings for aluminum alloys. The friction and wear behavior of various burnished and bonded solid lubricating films on the as-deposited and polished micro-arc oxidation coatings sliding against steel and ceramic counterparts was evaluated with a Timken tester and a reciprocating friction and wear tester, respectively. The burnished and bonded solid lubricating films on the polished micro-arc oxidation coatings are superior to the as-deposited ones in terms of the wear resistant behavior, because they lead to strengthened interfacial adhesion between the soft lubricating top-film and the hard polished MAO sub-coating, which helps increase the wear resistance of the solid lubricating film on multilayer coating. Thus the multilayer coatings are potential candidates as self-lubricating and wear-resistant coatings for Al alloy parts in engineering applications.     

Enhanced corrosion resistance of micro-arc oxidation coated magnesium alloy by superhydrophobic Mg−Al layered double hydroxide coating

To further enhance the corrosion resistance of the porous micro-arc oxidation (MAO) ceramic layers on AZ31 magnesium alloy, superhydrophobic Mg−Al layered double hydroxide (LDH) coating was fabricated on MAO-coated AZ31 alloy by using in-situ growth method followed by surface modification with stearic acid. The characteristics of different coatings were investigated by XRD, SEM and EDS. The effect of the hydrothermal treatment time on the formation of the LDH coatings was studied. The results demonstrated that the micro-pores and cracks of MAO coating were gradually sealed via in-situ growing LDH with prolonging hydrothermal treating time. Electrochemical measurement displayed that the lowest corrosion current density, the most positive corrosion potential and the highest impedance modulus were observed for superhydrophobic LDH/MAO coating compared with those of MAO coating and LDH/MAO coating. Immersion experiment proved that the superhydrophobic LDH/MAO coating with the active anti-corrosion capability significantly enhanced the long-term corrosion protection for MAO coated alloy.