氟处理的镁合金表面电化学沉积Ca-P涂层的研究

为改善镁合金的耐蚀性和生物相容性,以氟处理的AZ31镁合金为基体,通过Ca(OH)2处理后使其表面改性,用电化学沉积法在其表面制备了Ca-P涂层。通过SEM、EDS、XRD和FTIR分析了涂层的形貌、化学成分和相组成。结果表明:经HF酸处理后,镁合金表面形成具有微孔的氟转化层,氟转化层在Ca(OH)_2溶液浸泡后形成具有微纳米孔隙的CaF_2层;相比于未经Ca(OH)_2处理的氟转化膜表面,具有微纳米孔隙的富钙层更有利于诱导含磷基团和钙离子的形核,电化学沉积所得的Ca-P涂层更致密均匀,晶体结晶更完整;电化学沉积后的涂层由长约70μm、宽约30μm的片状透钙磷石(DCPD,CaHPO_4·2H_2O)晶体组成,碱热处理后涂层表面形成大量绒毛状物质,DCPD转变为HA,HA涂层也是由呈花簇状生长的片状晶体构成。     

Ca-P涂层在镁合金表面的形成特征

用化学方法在AZ91镁合金表面沉积二水磷酸氢钙涂层以提高镁合金在模拟体液中的生物降解能力。运用扫描电镜、X射线衍射对该涂层在模拟体液中浸泡前、后的显微组织进行分析。结果表明,在预钙化过程中形成的二水磷酸氢钙涂层呈现出两种不同的形貌。预钙化过程中钙化溶液的滴定速度强烈地影响预钙化涂层的形貌。随着钙化涂层在模拟体液中浸泡时间的延长,二水磷酸氢钙的衍射峰逐渐消失,羟基磷灰石在基底表面析出,表明二水磷酸氢钙在浸泡过程中发生溶解。详细讨论了二水磷酸氢钙涂层的结构以及羟基磷灰石涂层的形成机制。     

pH值对镁合金表面水热磷酸钙涂层微观形貌和生物腐蚀性能的影响研究

为改善镁合金的耐蚀性和生物相容性,在不同pH条件下采用水热法在镁合金AZ31表面制备了磷酸钙（Ca-P）涂层。利用XRD、SEM 和 EDS分析了不同pH值下涂层的物相组成、微观形貌和化学成分;采用Hank’s仿生溶液中电化学测试和浸泡的方法研究了涂层在的生物腐蚀行为。结果表明：水热处理的pH值影响涂层的相组成和微观形貌,涂层的微观形貌影响涂层的防护性能。当pH为6时,Ca-P 涂层由Mg3(PO4)2 和OCP组成,当pH增加到8和10时,Ca-P 涂层为羟基磷灰石（HA）。pH值为8时,HA 涂层呈蜂窝状;pH值为10时,HA 涂层由纳米尺度的棒状晶体构成,该涂层在Hank’s溶液中能有效阻止溶液的渗透而保护基体。     

AZ31镁合金表面化学气相沉积钨涂层工艺及其耐蚀性和耐磨性

为提高镁合金表面耐蚀耐磨性能,采用化学气相沉积法在镁合金表面制备了钨涂层,并对其工艺进行了研究。利用扫描电镜、能谱仪等分析技术对钨涂层成分、组织结构以及微观形貌进行了表征;利用高温摩擦磨损试验机(HT-1000)、综合电化学测试方法对钨涂层耐磨性能和耐蚀性能进行分析。结果表明:沉积温度为440℃时可获得致密均匀、与基体结合良好的钨涂层;沉积钨涂层使表面硬度大幅度提高,表面耐磨性增加,能有效的降低镁合金表面活性,腐蚀电位相对于镁合金基体正移了1.21V,大幅提高了其耐蚀性能。     

医用AZ31镁合金表面复合膜层的制备及其性能表征

为改善医用AZ31镁合金的抗蚀性能,综合应用阳极氧化及化学转化工艺在其表面制备了复合膜层。通过扫描电镜观察了膜层形貌,X射线衍射分析了膜层成分,并利用电化学测试手段对膜层性能进行了表征。结果表明,阳极氧化工艺制备的膜层粗糙不平,主要组成为Mg(OH)2及Al2O3;经化学转化后,所得复合膜较为致密、平整,膜层中主要含元素N,O,P。动电位极化曲线分析表明,复合膜对AZ31镁合金具有显著的保护作用。EIS阻抗图谱拟合电路反映出制备的复合膜层具有4层结构,从侧面证明了阳极氧化膜与化学转化膜之间的化学结合作用。     

镁合金表面生物陶瓷涂层在模拟体液中的腐蚀性能

采用微弧氧化法在MB6镁合金表面制备了陶瓷化涂层.采用SEM、XRD、EDS等方法分析涂层的组织结构,并评价涂层在模拟体液中的腐蚀行为.结果表明:涂层主要由MgO相组成,并含有电解液所含Si和P元素.涂层厚约6 μm,表面有微孔,但涂层内层致密.在模拟体液中进行浸泡试验后,镁合金基体的失重量明显高于微弧氧化涂层.致密涂层具有较好的抗Cl-离子侵蚀的能力,但随浸泡时间延长,涂层表面出现明显的微裂纹,加速对基体的腐蚀.     

沉积时间对镁合金表面Ca-P生物涂层耐蚀性能的影响

目的：镁合金在生物医学领域具有很好的应用前景,为消除其在人体环境中降解速度过快的不足,需在镁合金表面制备一层能够降低其腐蚀速度且具有很好生物相容性的防护涂层。方法采用电沉积法在AZ91D镁合金表面制备Ca-P生物涂层,沉积条件为：在Ca(NO3)2和NH4H2PO4浓度分别为0.1 mol/L和0.06 mol/L的电解液中,pH值4.5,沉积电压2 V,沉积时间分别为1、2、3和4 h。采用XRD、SEM/EDS分析Ca-P涂层的相结构、微观形貌和化学成分,测试Ca-P涂层在Hank,s模拟体液中的极化曲线。结果镁基体表面均获得物相为 DCPD(二水合磷酸氢钙)的生物涂层,但涂层表面形貌随沉积时间的不同变化明显,当沉积时间为3 h时,涂层颗粒尺寸均匀、细小,涂层钙磷比为1.324。极化曲线结果表明,沉积1 h时涂层对基体已有一定的防护作用,随着沉积时间的加长,涂层的腐蚀电压也呈增大趋势。相对镁基体,沉积3 h的涂层腐蚀电位升高了180 mV,腐蚀电流密度降低了3个数量级。结论当沉积时间为3 h时,涂层的耐蚀性最好。     

原位测量法研究AZ31镁合金表面化学镀Ni-P的沉积机理

设计一种原位方法去测量AZ31镁合金在化学镀Ni-P过程中基体在镀液中的开路电位和体积表面的镀层形貌变化。通过开路电位曲线、扫描电子显微镜和能谱分析研究AZ31镁合金化学镀Ni-P的沉积机理。结果表明：化学镀Ni-P的沉积过程包括镀层的形成过程和镀层的增厚过程,其中镀层的形成过程又包括镍晶核的形核和长大过程、镀层的二维扩展过程和镀层的三维搭接过程。扫描电镜分析证实了Ni-P镀层的球形瘤状物不仅形成于镀层的增厚阶段,同样也形成于Ni-P镀层的初始沉积阶段。不同沉积阶段的沉积速度变化分别与各自的沉积机理对应。     

AZ31镁合金表面苯丙氨酸、甲硫氨酸和天冬酰胺诱导Ca-P涂层耐蚀性能比较EI北大核心CSCD

为澄清氨基酸基团对成膜的影响,采用苯丙氨酸(Phenylalanine,Phe)、甲硫氨酸(Methionine,Met)和天冬酰胺(Asparagine,Asn)3种氨基酸调控AZ31镁合金的降解速率,采用恒温水浴法(60℃)在其表面制备了3种氨基酸Ca-P涂层(Ca-P_(Phe)、Ca-P_(Met)和Ca-P_(Asn)),并使用SEM、EDS、XRD、FTIR及XPS对涂层的形貌、成分分布和物相结构进行分析,利用电化学极化和交流阻抗及析氢腐蚀实验对涂层在模拟人体体液(Hank􀆳s)中的耐蚀性能进行研究。探讨了氨基酸添加剂在AZ31镁合金表面诱导Ca-P涂层成膜的作用机制。Ca-P、Ca-P_(Phe)、Ca-P_(Met)和Ca-P_(Asn)涂层的厚度分别为(3.47±0.47)、(6.06±0.77)、(7.63±1.70)和(8.23±1.37)μm。涂层主要组成物相为CaHPO_(4)及Ca_(10)(PO_(4))_(6)(OH)_(2)(HA)。电化学和析氢实验结果表明,氨基酸提高了Ca-P涂层耐蚀性能。这主要归因于氨基酸分子的缓蚀作用,并在AZ31镁合金表面发生化学吸附。氨基酸中的氨基吸附主要是通过N原子的孤对电子与镁合金表面耦合来实现的;羧基是通过羰基中的O原子与Mg^(2+)结合。此外,氨基酸中的杂原子亦能与镁合金的空位分子轨道共享其孤对电子。最后,提出了氨基酸诱导Ca-P涂层的成膜机理。     

AZ31镁合金表面等离子喷涂Al65Cu23Fe12涂层的研究

为了改善镁合金的表面性能,采用等离子喷涂方法在AZ31镁合金表面制备一层Al65Cu23Fe12涂层。通过OM、SEM及EDS等分析方法,分析了涂层热处理前后的组织及性能。结果表明:等离子喷涂Al65Cu23Fe12涂层组织主要由-θAl2Cu相、富铝相和富铜相3相组成;经过T4和T6处理后,由于涂层组织发生θ 富Cu→-βAl(Cu,Fe)相转变,涂层的硬度呈增加趋势,由热处理前的200.2 HV增加到304.5 HV,远高于基体AZ31合金的硬度。     

AZ31B型镁合金表面钛盐化学转化膜

研究了一种镁合金表面无铬钝化的钛盐环保型化学转化膜处理工艺。利用中性盐雾试验和极化曲线法测试了转化膜的耐蚀性能,采用SEM、EDS等方法对膜的形貌、元素组成进行了研究。结果表明,钛盐转化处理后在镁合金表面形成含钛氧化物膜层,该膜层有良好的耐蚀性能。     

化学气相沉积温度对AZ31镁合金表面制备DLC薄膜微观结构及机械性能的影响

目的提高镁合金表面硬度及耐磨性,给出最佳性能薄膜的制备温度。方法采用化学气相沉积(PECVD)技术在AZ31镁合金表面制备了含氢DLC薄膜,研究了沉积温度对DLC薄膜厚度、表面形貌、硬度、杨氏模量、耐磨性能、膜基结合力以及sp^3键含量的影响,并对相应的影响机制进行了讨论。结果沉积温度对AZ31镁合金表面DLC膜的组织及性能有显著影响。温度较低时,碳粒子能量较低,无法注入薄膜亚表层,只能停留在表面以sp^2杂化方式生长。随着温度的升高,碳粒子能量增加,更多的sp^3杂化键形成。沉积温度为75℃时,薄膜中sp^3杂化键含量最多,此时薄膜最厚约为7.67μm,硬度最大可达5.95 GPa,杨氏模量值最高达到43.2 GPa,并且摩擦系数最低仅为0.03。随着温度进一步升高,碳粒子能量持续增加,轰击薄膜表面时会使碳-氢键断裂,造成氢的脱附,使薄膜中sp^3杂化键减少,从而降低了薄膜的硬度及耐磨性等机械性能。结论在本研究工作温度范围内,75℃为AZ31镁合金表面制备DLC薄膜的最佳温度。     

AZ31镁合金化学转化膜形成的原位成像研究

利用同步辐射X射线实时成像技术,原位研究了处理液组分H3PO4,KMnO4及MnCO3对镁合金/处理液界面无铬化学转化膜形成过程的影响,并结合扫描电镜分析了所生成转化膜的表面形貌.研究结果表明:高能同步辐射X射线可以透过镁合金/处理液界面,利用原位成像技术能够实时观察转化膜的生长过程;KMnO4能够显著促进AZ31镁合金转化膜的形成,所得到的转化膜表面较平整,裂纹较少,而MnCO3对转化膜形成的促进作用有限.     

化学气相沉积钨铼合金工艺研究

以ReF6、WF6及H2为原料，用化学气相沉积法，成功地在铜基体表面沉积出钨铼合金。试验分析表明：合金成分均匀，且可由反应气体配比控制，随ReF6增加，合金中铼含量增加；沉积层组织和形貌随沉积温度升高或反应气体中ReF6的增加，由致密的柱状晶发展为杂乱的树枝晶；沉积层结构随ReF6的增加由单一固溶体向固溶体＋金属间化合物＋铼单质发展。     

AZ31镁合金表面含纳米羟基磷灰石微弧氧化涂层的制备及性能研究

目的改善AZ31镁合金的耐腐蚀性能及生物活性。方法使用微弧氧化技术,分别在以六偏磷酸钠为主盐的电解液和以六偏磷酸钠为主盐、以纳米羟基磷灰石(HA)为添加剂的电解液中,在AZ31镁合金表面制备了微弧氧化涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征了涂层的微观形貌、元素特征和相组成。通过电化学方法和浸泡实验考察了涂层的耐蚀性。通过细胞实验评价了两种涂层的细胞相容性。结果电解液中的HA可以进入到微弧氧化涂层中,含HA的微弧氧化涂层较不含HA的更致密,且有封孔现象。电化学方法及浸泡实验结果表明,含HA的微弧氧化涂层的耐腐蚀性能更好。细胞表面粘附实验和细胞增殖实验也表明,经表面纳米HA微弧氧化处理后的AZ31镁合金生物相容性更好,且对MC3T3-E1细胞的增殖有促进作用。结论六偏磷酸钠电解液中添加纳米HA,可以在AZ31镁合金表面制备出含HA的微弧氧化涂层,且其耐腐蚀性能和生物活性均优于不含HA的微弧氧化膜。     

镁合金阳极氧化膜腐蚀过程的电化学阻抗谱研究

采用阳极氧化工艺对AZ91D镁合金进行表面处理，利用电化学阻抗谱（EIS）方法研究AZ91D镁合金阳极氧化膜层在3．5％NaCl溶液中的腐蚀过程。根据腐蚀过程阻抗谱的变化特点，分别采用R（RQ）（RQ）模型和R（Q（R（RQ）））模型的等效电路来拟合阳极氧化膜层在孔蚀诱导期和在孔蚀发展期的电化学阻抗谱图。结果表明：在孔蚀诱导期，随浸泡时间的延长，溶液电阻Rsol和多孔层的电容Yp有所增大，多孔层电阻琊和阻挡层电阻风逐渐减小，弥散效应指数np值基本不变，而阻挡层的电容Yb和弥散效应指数nb无明显的规律性；在孔蚀发展期，随浸泡时间的延长，溶液电阻Rsol，弥散效应指数n1和蚀孔内的反应电阻R2逐渐减小，电容Y1逐渐增大，而蚀孔内溶液电阻R1，蚀孔内阳极金属／介质界面的常相位角元件Q2的电容Y2及弥散效应指数n2无明显的规律性。     

镁基磷酸钙类/壳聚糖生物复合材料的制备

采用化学沉积法在AZ91镁合金微弧氧化陶瓷膜表面制备磷酸钙类/壳聚糖复合膜层,并用XRD,SEM,EDS和等离子体热电光谱(ICP)仪等对复合膜层化学组成及结构进行表征。XRD测试结果显示,该生物复合涂层是由磷酸钙(TCP)、磷酸氢钙(DCPD)及少量的羟基磷灰石(HA)所构成。壳聚糖的引入使磷酸钙复合膜层表面形貌发生明显变化,与未加入壳聚糖相比,DCPD和TCP的含量明显增加。采用电化学测试方法及模拟体液浸泡试验评价该薄膜的耐蚀性能。结果显示,该复合涂层生物性能稳定,能够提高镁合金的抗腐蚀性能。     

镁合金钙磷涂层化学沉积过程及在生理盐水中腐蚀行为的原位研究

采用化学沉积法在AZ31镁合金基体表面制备了钙磷涂层。利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了涂层的相组成和形貌。通过电化学噪声技术原位研究了涂层的化学沉积过程及其在生理盐水中腐蚀行为。结果表明,经过3h的化学沉积可在AZ31基体上生成致密的二水合磷酸氢钙(DCPD)晶体涂层。涂层试样的腐蚀速率明显小于AZ31基体的腐蚀速率。AZ31基体在生理盐水中在较短的时间内会发生明显的局部腐蚀,腐蚀形态是以分散分布的多个腐蚀点的形式出现。涂层试样在生理盐水中经较长时间浸泡会发生局部腐蚀,腐蚀沿着打磨痕迹的方向发展,同时先前的局部腐蚀区域则停止发展。     

AZ91镁合金在磷酸盐体系中微弧氧化的工艺研究

采用磷酸盐体系在AZ91压铸镁合金表面制备了一系列微弧氧化膜层,并通过中性盐雾试验、扫描电镜等方法研究了各种工艺条件下的微弧氧化膜层耐蚀性能及形貌特征。结果表明,经微弧氧化处理,AZ91压铸镁合金试样的耐腐蚀性能明显提高。在磷酸盐体系中进行微弧氧化处理的最佳工艺方案为:磷酸钠5g·L-1,氢氧化钠6g·L-1,电流密度3A·dm-2,氧化10min。     

氧化时间对AZ31B镁合金微弧氧化涂层结构及性能的影响

目的 探索氧化时间对AZ31B镁合金表面微弧氧化（MAO）涂层结构及性能的影响规律。方法 通过恒压MAO的方法在硅酸盐电解液体系中制备涂层,采用扫描电子显微镜（SEM）、Image-J图像分析法、测厚仪、表面粗糙度仪、摩擦磨损试验机、盐雾试验箱来研究涂层表面微观形貌、表面孔隙率、厚度、粗糙度、摩擦性能以及耐蚀性能。结果 涂层孔隙率随着氧化时间的延长而减小,氧化25 min所得涂层孔隙率最小,为5.404%。涂层厚度随时间的延长而增大,但是厚度增长速率减小,氧化5 min时涂层厚度为9 μm,而25 min时涂层厚度为10.4 μm。涂层粗糙度与摩擦系数随时间的增加而增大,磨损率随氧化时间的增加,呈现先增大后减小的趋势,氧化15 min所得样品磨损率最高,氧化5 min所得涂层耐蚀性最差,氧化25 min的涂层耐蚀性最好。结论 恒压条件下,氧化时间的延长可以有效地减小涂层表面孔隙率,增加涂层厚度,显著改善涂层的耐磨、耐蚀性能。