纳米多孔TiO2膜的晶化处理及其热稳定性研究

通过恒压阳极氧化法在HF酸和CrO3的混合电解液中，在纯钛TAl和钛合金TC4表面分别制备了纳米多孔无定型TiO2膜。研究了TAl和TC4表面无定型TiO2膜在空气中热处理的组织转变过程。TAl试样表面的纳米多孔TiO2膜在250℃左右出现锐钛矿相，480℃左右出现金红石相，在600℃左右锐钛矿相向金红石相的转变基本完成，孔结构在600℃左右基本消失；TC4试样表面的纳米多孔TiO2膜在310℃左右出现锐钛矿相，600℃左右出现金红石相，在680℃左右锐钛相向金红石相的转变基本完成，孔结构在700℃左右基本消失。TC4试样表面的氧化膜所含合金元素Al和V，对上述结晶转变温度和孔结构存在的最高温度的差别存在重要影响。     

纯钛表面TiO2多孔膜的制备及其晶型研究

以硫酸为电解液,纯钛(TA1)为阳极,铜片为阴极,以恒压和恒流阳极氧化方式在钛表面直接获得锐钛型和金红石型TiO2多孔膜.采用X射线衍射仪对覆在钛基体上的阳极氧化膜进行了结构分析,研究了电压、硫酸浓度、阳极氧化时间和电流密度对TiO2多孔膜晶型的影响,并讨论了其形成机理.结果表明:在0.5 mol/L硫酸溶液中,恒压(≥80 V)或恒流(≥0.6 A)时出现锐钛相TiO2;恒压(≥100 V)1 min时即可出现锐钛相TiO2;恒压(≥150 V)或恒流(≥0.8 A)时出现金红石相TiO2.     

电解液对纯钛表面TiO2多孔膜形态及晶型的影响

以硫酸和氢氟酸为电解液,采用恒压阳极氧化方式,在TA1表面获得多孔TiO2膜,并研究了电解液对TA1表面TiO2多孔膜形态和晶型的影响规律.利用场发射扫描电镜和X射线衍射仪观察了多孔膜的形貌和结构,并对不同晶型多孔TiO2膜的形成机理进行了初步的探讨.结果表明:在硫酸电解液中,通过阳极氧化能够在TA1表面直接形成锐钛型和金红石型TiO2多孔膜,且孔径为100～200 nm;在氢氟酸电解液中,TA1表面获得了大面积的非晶纳米多孔TiO2结构,孔径为10～50 nm.     

多孔钛板表面TiO2纳米管阵列膜的制备及表征

利用四辊卧式粉末轧机制备多孔钛板,并通过阳极氧化工艺在轧制多孔钛板上制备TiO2纳米管阵列膜。采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对TiO2纳米管阵列膜的形貌和物相进行表征,并对TiO2纳米管阵列膜的热稳定性和生物相容性进行了研究。结果表明,多孔钛板上初步制备的TiO2纳米管阵列膜为无定形相结构,在不同温度下可转化为锐钛矿型、金红石型或锐钛矿与金红石型的混合物;细胞培养实验表明,经阳极氧化及450℃退火处理后,粉末轧制多孔钛板表面细胞的黏附量比未经处理的多,且细胞发育良好。     

微弧氧化时间对二氧化钛薄膜微观结构与性能的影响

为提高钛表面原位生长TiO2薄膜层的光催化活性,在恒定电流下,研究了微弧氧化时间对所得膜层光催化活性的影响.利用XRD、SEM和分光光度计研究了氧化膜的相组成、微观结构和光降解效率.结果表明:随氧化时间的延长,涂层表面微孔孔径增加,粗糙度和膜厚变大,微孔数量减少;微弧氧化膜主要由金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2组成,随氧化时间的延长,金红石相所占比例逐渐增大;膜层具有较高的光催化活性,该能力主要取决于膜内锐钛矿型TiO2的含量,且随着光照时间的延长而提高,并最终趋于稳定.     

Yb2O3／TiO2纳米颗粒的制备及表征

采用溶胶-凝胶法制备了微量 Yb2O3掺杂纳米 TiO2颗粒,采用 XRD, TG-DTA, TEM等手段对试样经不同温度热处理后的结构相变、表面形貌、颗粒大小等特性进行了表征.实验表明温度不高于 400℃时,试样的颗粒粒径较小,粒径在 15 nm以下,比表面积大于 107.22 m2@ g-1, TiO2呈锐钛型;在 400℃以上, TiO2粒径迅速增大,微粒出现锐钛相与金红石相混晶结构;800℃时 TiO2微粒完全转化成金红石相.     

二氧化钛光催化剂

随着地球环境的恶化,人们对可有效地改善环境的光催化剂予以很大的关注。特别是TiO2光催化剂,具有非常好的抗菌灭菌效果,因此备受人们的青睐。TiO2有两种主要的存在形式：锐钛矿型TiO2和金红石型TiO2。材质上二者无大的差别,但在紫外线照射后的光催化效果上有明显的不同,具有光催化作用的是锐钛矿型TiO2,金红石型主要是作为颜料添加剂使用。金属钛在大气中700℃以下加热表面生成锐钛矿型TiO2,超过700℃转变为金红石型。另外,阳极氧化生成的表面氧化膜也是锐钛矿型TiO2。日常生活中可见到的带氧化膜的钛制品有建筑物屋顶、外墙…     

TA2纯钛表面微弧氧化膜的成分和相结构分析

采用交流微弧氧化方法，在铝酸盐溶液中的TA2纯钛表面沉积一层厚度达30μm的氧化物陶瓷膜，并用扫描电镜（SEM），能谱仪（EDS），X射线衍射（XRD），Raman光谱研究了氧化膜的成分和相结构，研究表明：该氧化膜具有内外两层结构，分别厚约15μm，氧化膜由TiAl2O5相和金红石型TiO2相组成，但外层膜里TiAl2O5相含量比内层膜里高得多，金红石则主要分布在膜内层里，来自溶液的铝原子已扩散到膜／钛基体界面，但膜外层的铝含量比内层高得多，微弧放电区瞬间高温高压过程对纯钛基体没有影响，Al,O原子都没有扩散进入未氧化的钛基体。     

电解液成分对纯钛表面微弧氧化膜结构与生物活性的影响

采用微弧氧化处理技术,在纯钛TA2表面制备了含钙磷的多孔复合氧化膜,用SEM、XRD、EPMA等分析了电解液成分对氧化膜形貌、成分、相构成及生物活性的影响。结果表明:纯钛表面微弧氧化后原位生成的含钙磷多孔性复合氧化膜由锐钛矿相TiO2,金红石相TiO2和基体Ti组成;随电解液中钙磷摩尔比(Ca/P)值的增大,表面孔洞数量增多、直径变小,膜中Ca/P值增大,锐钛矿相TiO2减少、金红石相TiO2增多;当电解液中Ca/P=5时得到的氧化膜的Ca/P值为1.528,将该样品经碱液处理后再在快速钙化溶液(FCS)中浸泡2 d后即有羟基磷灰石HA形成,表明其具有良好的生物活性。     

钛合金切削过程氧化膜特性研究

高速切削钛合金时，在加工表面会产生氧化膜，对钛合金的力学性能造成影响。对钛合金Ti-6Al-4V进行单因素车削试验，研究切削表面变形特性并对氧化膜表面进行物相分析。结果表明：切削表面会产生严重塑性变形，变形层的厚度随着进给量的增大而增大，切削表面发生氧化反应，形成氧化膜，表面呈现不同的颜色，其成分主要为Al2O3、锐钛矿型 TiO2 和金红石型 TiO2。     

聚乙二醇对TiO2-SiO2粒子的生成及光催化性能影响

以TiCl4为原料,采用自组装技术制备TiO2-SiO2复合粒子,加入聚乙二醇2000（PEG 2000）,探讨聚乙二醇对TiO2-SiO2粒子生成及光催化降解甲基橙的影响。研究发现：随组装次数的增多,复合粒子表面TiO2 的含量增多;随PEG2000的加入,TiO2颗粒间呈现一定的孔隙,使TiO2层粒子的表面积增加;样品经550 ℃煅烧,得到均为锐钛矿与金红石的混合相,且随着PEG2000含量的增加,锐钛矿的相对含量随之增加;光催化实验表明,PEG2000的掺杂使TiO2-SiO2的光催化性能得以提高。     

A new application field of plasma spraying technique to environmental depollution

To expand the application of plasma spraying technique, TiO2 coatings were prepared using agglomerated anatase TiO2 powder to solve the environmental problems. The composition and photocatalytic activity of plasma sprayed TiO2 coatings were investigated systematically. The content of anatase TiO2 in the sprayed coatings was approximate to 7%- 15%, which was influenced by the melting state of TiO2 powder in plasma spraying process. The surface of sprayed coating was very rough and the arithmetical mean deviation of the surface profiles (Ra) was in the range of 5.7 - 8.8 μm. Under lower arc current, the surface of the coating became rougher. The anatase to rutile phase transformation temperature of agglomerated anatase TiO2 powder was approximate to 1 173 K. The TiO2 coating sprayed under the arc current of 400 A had good photocatalytic activity for the relative high content of anatase phase in it. It is concluded that the application of plasma spraying technique to environmental field has been developed.     

热化学反应法制备Al2O3-13％TiO2陶瓷涂层及其性能研究

目的研究Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层对金属基体的热防护性能。方法以钠、钾混合硅酸盐溶液为粘结剂,添加Al_2O_3、TiO_2、MgO、SiO_2等陶瓷骨料,采用热化学反应法在304不锈钢基体表面制备了Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层(记为AT13)。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌、物相变化进行表征。在AT13涂层的基础上,预先喷涂金属Ni/Al过渡层,制备了AT13梯度涂层(记为AT13grade),综合比较分析了两种涂层在不同温度下固化后的结合强度,描述了涂层的高温氧化动力学曲线,对涂层的热震性能及失效机理进行了分析。结果涂层在800℃烧结固化后,致密性较好,涂层与金属基体之间呈现冶金结合,TiO_2发生了从锐钛相到金红石相的转变,α-Al_2O_3和金红石型TiO_2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。经1200℃高温氧化后,梯度涂层和非梯度涂层的增重与空白试样相比分别减少了0.223 mg/cm2和0.155 mg/cm2。800℃热震试验时,梯度涂层和非梯度涂层的热震循环次数分别为17次和6次。结论在涂层与基体之间制备金属Ni/Al过渡层能增强涂层的结合强度,提高其抗氧化性能,缓解陶瓷材料与金属基体之间的热膨胀系数差异,提高涂层的抗热震性能。梯度结构的陶瓷涂层具有更好的热防护性能。     

纯钛表面微弧氧化TiO2-B4C复合陶瓷膜耐磨耐蚀性研究

采用微弧氧化工艺,并掺杂B4C颗粒来制备耐磨耐蚀性优异的复合陶瓷膜,系统研究掺杂B4C含量对陶瓷膜微观形貌、物相组成、与基体结合力、显微硬度、粗糙度、耐磨性与耐蚀性的影响。结果表明:相比TiO2陶瓷膜,掺杂B4C颗粒的复合陶瓷膜更均匀致密,且由金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2和B4C组成。随B4C浓度增大,陶瓷膜的膜层结合力、耐磨性与耐蚀性均先增强后减弱。由于具有最致密的表面形貌,TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的膜层结合力最大,为22.6 N。TiO2-0.9B4C复合陶瓷膜的破损时间最长,磨痕宽度最小,分别为19.24 min和384.53μm,耐磨性最好,其磨损机理为磨粒磨损与疲劳磨损。其自腐蚀电位与极化电阻最大,腐蚀电流密度最小,分别为-213.38 mV、5.47×10^4Ω·cm^2和2.37×10^-6A·.cm^2,耐蚀性最好。由Bode相图可知,陶瓷膜均由致密内层和疏松表层组成。     

Composition and structure of coatings on Ti-6Al-4V alloy by micro-plasma oxidation in NaAlO2 solution

Compound ceramic coatings on Ti-6Al-4V alloy were prepared for different time by pulsed bi-polar micro-plasma oxidation (MPO) in NaAlO2 solution. The phase composition was studied by XRD. And the electrochemical impedance spectra (EIS) of the coatings were measured to study the structure of the coatings, combined with the surface morphology. Using the proper EIS interpreting software, the "equivalent circuit" of the coatings was established, and meanwhile fitting values of equivalent element were obtained. The results show that the coating is composed of Al2 TiO5, α-Al2O3 and rutile TiO2, of which Al2 TiO5 is the main crystalline. Increasing the MPO time, the contents of Al2TiO5, rutile TiO2 and α-Al2O3 in the surface of the coating increase. And the EIS analysis and the surface morphology of the coatings illustrates the double-layer structure of the coatings, and the outer layer is loosen and the inner layer is compact. With the increase of the oxidizing time, the surface coarse degree of the coatings and the porosity of the outer layer of the coating are increased while the compactness of the inner layer of the coating is improved.     

镍离子掺杂TiO2涂层的制备及亲水性研究

目的 研究不同含量的镍离子掺杂对TiO2纳米涂层亲水性能的影响.方法 采用溶胶-凝胶法制备不同含量Ni2+掺杂TiO2纳米复合溶胶,通过浸渍提拉法在载玻片上成膜,经过热处理后,得到不同含量Ni2+掺杂TiO2复合涂层.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和表面接触角仪,对掺杂不同浓度Ni2+后TiO2的晶型、涂层微观形貌、光吸收性能、结构组成和涂层亲水性等进行表征分析,从而确定最佳Ni2+浓度的复合涂层材料配方.结果 制备的TiO2主要由锐钛矿相和少量金红石相组成,Ni掺杂抑制了锐钛矿相向金红石相的转变.随着Ni含量的增加,TiO2晶粒尺寸逐渐降低.适量掺杂Ni2+制备的TiO2纳米涂层表面形貌光滑,粒子分布致密均匀.掺杂使吸收波长阈值向长波方向偏移,禁带宽度减小,在一定程度上提高了TiO2涂层的亲水性.当Ni2+掺杂质量分数为1.5％时,TiO2涂层亲水性最佳.结论 采用溶胶-凝胶法实现了镍离子掺杂TiO2的改性,掺杂Ni2+后,Ni2+/TiO2复合涂层的亲水性能明显提高.     

Preparation and crystalline phase of a TiO2 porous film by anodic oxidation

Anatase titanium dioxide is an active photocatalyst, but it is difficult to immobilize on the substrate. A crystalline TiO2 porous film was prepared directly on the surface of pure titanium by anodic oxidation in this work. Constant voltage and constant current anodic oxidation were adopted with sulphuric acid used as the electrolyte, pure titanium as the anode and copper as the cathode. The morphology and structure of the porous film on the substrate were analyzed with the aid of Field Emission Scanning Electron Microscopy （FESEM） and X-ray Diffraction （XRD）. The effects of the parameters of anodic oxidation （such as voltage, the concentration of sulphuric acid, anodization time and current density） on the aperture and the crystalline phase of the TiO2 porous film were systematically investigated. The results indicate that the increase of current density facilitates the augment of the aperture and the generation of anatase and mille. In addition, the forming mechanism of anatase and mille TiO2 porous films was discussed.     

等离子喷涂TiO2-CaF2复合涂层的结构及体外生物矿化能力

目的等离子喷涂TiO_2涂层是生物惰性材料,不能与骨组织很好地结合,制备TiO_2-CaF_2复合涂层以提高氧化钛涂层的体外生物矿化能力。方法利用等离子喷涂技术在医用Ti合金表面制备TiO_2-CaF_2复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对复合涂层的微观结构进行表征,利用接触角仪、三维轮廓仪和电化学工作站考察复合涂层的接触角、表面粗糙度和耐腐蚀性能。采用模拟体液(SBF)浸泡实验考察复合涂层的体外矿化能力。结果 TiO_2和TiO_2-20%CaF_2涂层主要由金红石型TiO_2构成,其中含有少量的锐钛矿型TiO_2成分。20%CaF_2的掺杂会促进金红石型TiO_2的形成。CaF_2的加入可改变TiO_2涂层的表面形貌,表面粗糙度Ra从4.96μm降低至0.94μm,亲水性也得到增强。TiO_2-CaF_2复合涂层在SBF中的耐腐蚀性能也较TiO_2涂层有所提高。经SBF浸泡28 d后,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的体外矿化能力,而TiO_2涂层则无此能力。结论 CaF_2的掺杂可使TiO_2涂层的表面粗糙度下降,亲水性增强,耐腐蚀性增强。体外矿化实验结果表明,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的生物活性。     

Characterization of microarc oxidation coatings on pure titanium

The morphology, composition, and phase structure of the oxide coatings produced on the surface of pure titanium by alternating-current microarc discharge in aluminate solution were investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. The profiles of the hardness H and the elastic modulus E in the coatings were determined using a nanoindenta-tion method. The concentration distributions of Ti, Al, and O in the coating show that this coating over 30 μm thick contains two layers: an outer layer and an inner layer. The oxide coating is mainly composed of TiO2 rutile and Al2TiO5 compounds. During oxidation, the temperature in the microarc discharge channel was very high to make the local coating molten. From the surface to the interior of the coating, H and E increase gradually, and then reach maximum values of 9.78 GPa and 176 GPa respectively at a distance of 7μrn from the coating/titanium interface. They are also rather high near the interface.