电化学及热处理氧化对商业纯钛耐蚀性能的影响

利用电化学氧化、热处理氧化对商业纯钛进行表面处理.不同的氧化电压和时间将产生不同形貌的氧化钛膜,电压过大时会生成很多的瘤状氧化物.热处理氧化后,钛表面生成均匀金红石和锐钛矿型混合氧化物膜,并且氧化膜下会出现Ti-O固溶体构成的渗氧层.在酸性含氯溶液和碱溶液中比较不同处理后钛板的腐蚀性能,在2种腐蚀介质中所有材料均随电位升高进入钝化区.在酸性溶液中,电化学氧化处理后钛板的腐蚀电流、维钝电流密度最小;在碱性溶液中,虽然热处理氧化对应维钝电流密度最小,但其钝化电位区间比电化学氧化对应电位区间窄.扫描电镜分析表明,热处理氧化膜随电位升高局部出现破损,而未经过表面处理的钛板,局部区域发生沿晶腐蚀.     

钛板表面质量对钛-钢复合界面的影响

通过测试爆炸钛-钢复合板结合强度和分析钛板表面质量情况，研究了复合板中钛层产生分层、碎边和皱褶缺陷的原因。结果表明，钛板上残留的冶金缺陷、板形不良和不均匀的边部致密氧化层残留，会造成复合板界面的结合不牢。针对复合时界面结合不牢的问题，提出了对钛板的质量管控和表面处理的适宜措施。     

钛表面处理技术的研究现状

在钢铁材料中得到成功应用的传统表面技术,在钛表面处理上也得到了较广泛的应用,但传统的表面技术存在着许多不适应于钛材处理的技术壁垒,因此,针对钛材料的特殊性能发展起来的液相等离子体处理技术、等离子表面冶金技术、钛电极涂层技术、钛生物涂层技术、钛建筑材料的表面处理技术等成为钛材表面处理技术新的发展方向。主要综述了传统表面技术和液相等离子体处理技术、等离子表面冶金技术2种新技术在钛材表面上应用的研究成果。     

生物医用多孔钛的表面仿生处理研究进展

介绍了钛作为生物医用材料的研究现状.针对多孔钛的结构特点,综述了当前生物医用材料的各种表面活化方法,如溶胶-凝胶法、预钙化处理法、碱热处理法、酸碱两步法等,总结了当前多孔钛表面改性和骨诱导机理的研究现状.     

大气中辉光放电处理纯钛

室温下,钛与氧有很高的亲和力,表面形成一层连续的、非常稳定的、粘附力强的TiO2氧化薄层.高温下,暴露于大气中的钛会快速氧化,通常形成一层粘附力差的、富间隙原子的α-Ti晶体的内外氧化厚层,材料使用之前通常要去除此氧化层.固溶处理可使材料的强度大大提高,但此时α-Ti晶体中的间隙元素含量通常较高,这会使材料变脆.氧含量不太高的金红石型氧化物TiO2(0.02＜x＜0.07)的存在可提高钛的耐磨性.     

医用钛表面生物活性化研究

钛及钛合金具有优良的生物相容性和机械性能,已应用于临床,尤其是用作骨替换与修复材料.但是,钛属于生物惰性材料,不能与骨组织形成化学键合或称骨键合.通过表面改性可使其在生理环境具有诱导羟基磷灰石在表面自发生长的能力,即生物活性化.这是当今生物医用材料研究的热点领域之一.本文评述了钛表面生物活化的研究现状,简要总结了本课题组在这方面的研究工作.     

泡沫钛表面改性研究进展

泡沫钛是一种钛材质孔骨架组成的泡沫结构。这种新型泡沫金属材料兼具泡沫结构和钛的双重属性,具有轻质、高强、吸声、隔热、减振、阻尼、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种优异性能。它不仅可用作结构材料也可作为功能材料,受到了人们的广泛关注。然而,泡沫钛的表面钛氧化物极其稳定,限制了其应用的拓展。以泡沫钛作为前驱体,通过水热法、阳极氧化法、电沉积法等表面改性技术得到组成、形貌和结构可调的负载物,该负载物既能够保持泡沫钛基体多孔结构的特点,又能有效提高其表面活性和导电性,近年来已成为该领域的研究热点。同时,由于泡沫钛表面负载物单一的结构和组成,使其具备的性能(如电容性能、催化性能)有限,阻碍了泡沫钛相关应用的进一步发展。因此,除了研究制备各种不同泡沫钛表面负载物外,学者们还从泡沫钛表面负载物的组成和结构出发,制备多样化且在各方面应用中性能突出的负载材料。负载型泡沫钛作为优异的应用型材料,其研究较为成熟的组成主要包括纳米TiO2、金属催化剂和导电聚合物等,结构主要包括管状、线状、花状、粒状和中空结构等。负载型泡沫钛不仅具有非常高的比表面积和内部贯通的孔隙结构,还结合了表面负载物高的导电性、催化性、亲水性和吸附性等特性,从而表现出更加优异的性能。其中,TiO2/泡沫钛材料具备纳米结构,能够提供优异的催化性能,且通常优于其他负载物。从组成结构出发,近几年研究者们通过调控改性方法或反应条件,制得多种不同组成结构的负载型泡沫钛材料。一方面,表面负载物的纳米结构可以起到缓冲基体泡沫钛材料在使用过程中所受到的冲击,有利于提高循环性能;另一方面,泡沫钛表面负载物的结构具有可调性,从而使其活性位点得到充分暴露,实现复合结构材料性能发挥的最大化效果。在研究工作的基础上,本文综述了负载型泡沫钛的研究进展,包括改性方法、组成特点、结构调控及其在电化学储能和环境催化两大领域的应用,最后阐述了负载型泡沫钛领域当前面临的挑战以及未来的发展前景。     

SMAT纳米钛的组织及力学性能研究

对纯钛进行表面机械研磨处理(SMAT),并研究其组织结构以及力学性能的变化.研究结果表明,径SMAT处理后,纯钛的表面形成了纳米晶层,而整体转变成为梯度材料.与SMAT处理前的纯钛相比,处理后材料的弹性模量下降,屈服强度和抗拉强度提高而塑性下降.     

射频等离子体对纯钛表面的氨基化改性

采用射频辉光等离子体技术,以氮气与氨气的混合气体为气体源对纯钛进行处理。采用X射线光电子能谱对改性的样品表面成分进行分析,并讨论氨基化机理;采用表面接触角测试仪研究了处理时间、放置时间及保存方式对材料表面亲水性的影响。结果表明:经过氮气与氨气的混合气体等离子体改性后,材料表面存在氨基和氮钛化合物,处理90 min后,表面氨基含量高;改性后材料表面亲水性增加,但随放置时间的增加亲水性变差,在5 h内,改性钛片保存在氮气气氛中有利于亲水性的保持。     

医用钛基生物活性材料研究

医用钛基生物活性材料发挥了钛及其合金优异的力学性能,同时又具有良好的生物活性.评述了近年来国内外制备钛基生物活性材料的新技术和新方法,重点介绍了钛及其合金表面改性和钛基生物活性复合材料的研究现状,并对其发展进行了展望.     

钛表面的氧化对钛瓷结合强度的影响

研究了钛表面氧化对钛/瓷结合强度的影响, 并采用溶胶凝胶技术在钛表面制备SnO_x中间层, 研究SnO_x层对钛/瓷结合强度的影响. 结果表明：空气炉中800℃氧化3min后, 钛/瓷结合强度明显下降; 烤瓷炉中预氧化3min, 钛/瓷结合强度无明显变化. 热处理使钛表面生成一层金红石型氧化层, 钛/瓷剥脱主要发生在金红石氧化层与钛之间. 采用溶胶-凝胶法经300℃处理后在钛表面制得的SnO_x涂层, 可有效隔绝氧向Ti表面的扩散, 防止钛表面的过度氧化, 提高了钛/瓷结合强度. 经SnO_x涂层处理后, 钛/瓷剥脱主要发生在SnO_x涂层内.     

定向凝固钛铝合金熔体与铸型界面反应研究展望

钛铝合金是性能优异的高温合金,在航空航天领域有广泛的应用前景,但由于其熔体具有较高的活性,制备时熔体与所有已知的铸型材料会发生不同程度的反应,限制了钛铝合金铸件的发展.定向凝固技术作为制备高精度钛铝合金的新工艺,使铸件组织定向排列,可以进一步提高钛铝合金的使用性能,因此如何调控凝固过程中钛铝合金熔体与铸型材料间的界面反应成为目前有关定向凝固钛铝合金研究的一个热点.从目前国内外关于钛铝合金熔体与铸型材料间界面反应的研究出发,综述了定向凝固过程中铸型材料、涂层成分、工艺参数及合金元素等对界面反应的影响,介绍了界面反应的理论水平,系统收集了界面反应的各项研究结果.     

RGD修饰纯钛表面对人牙龈成纤维细胞生物学行为的影响

用羰基二咪唑(1,1′-carbonyldiimidazole,CDI),将含RGD的短肽共价连接到纯钛的表面,将HGFs分别接种到涂层和未涂层材料表面并培养一定时间后,定量对比接枝和未接枝材料表面的细胞纤粘连蛋白(fibronectin,FN)和粘着斑的形成情况,研究接枝后的纯钛表面对原代培养的人牙龈成纤维细胞(Human Gingival Fibroblasts,HGF)生物学行为的影响.结果表明,RGD修饰的纯钛表面粘着斑的形成比钛表面早.RGD接枝钛表面有利于人牙龈成纤维细胞的粘附,改善了纯钛的生物相容性.     

掺钛石墨导电性及其微观结构的研究

研究了不同钛掺杂量的再结晶石墨的电阻率与微观结构。以探讨掺杂组元对材料导电性能的影响。实验结果表明,与相同工艺条件下制得的纯石墨相比,掺钛石墨具有高密、高石墨化程度以及极低的电阻率的特点,微观结构分析表明,钛对材料的石墨化过程中具有催化作用,掺杂石墨材料中钛掺杂量对材料的石墨化程度有很大影响：少量钛掺杂量即可使材料达到高的石墨化程度,过多钛掺杂量不利于其电阻率的降低,分析表明钛元素在材料中是以碳化钛形式存在,但在制备过程中,有少量钛逸失,雁而在材料表面形成孔隙,而这些对材料的性能有不利的影响。     

医用钛及钛合金表面改性技术的研究进展

随着现代医学和材料科学的快速发展,植介入治疗技术在临床的应用越来越广泛。作为植入医疗器械的重要材料,医用钛及钛合金已广泛应用于骨科、口腔科等临床医学领域。然而,钛元素活泼的化学特点使得医用钛及钛合金的表面极易形成一层惰性的钝化膜,虽然具有优异的耐蚀性能,但是其表面不具有生物活性,从而影响了植入器械与软硬组织的结合。此外,医用钛及钛合金作为关节器械,其在体液环境下的摩擦磨损性能不佳,磨损情况下的腐蚀也不理想,因此亟需有效的改性技术来改善医用钛及钛合金的表面性能。基于此,本文针对近期开展的医用钛及钛合金表面改性技术研究,综述了物理气相沉积、等离子喷涂、离子注入、激光熔覆、溶胶-凝胶合成等表面改性手段在改善医用钛及钛合金表面性能的研究现状,并对医用钛及钛合金表面改性技术的研究进行了展望。     

钛阳极氧化膜的着色研究

TA2型纯钛植入材料在葡萄糖酸钠电解液中阳极氧化可得到丰富的色彩,增强了钛植入体的美观性和功能性.分析表明:工艺参数对氧化膜质量有着重要的影响.电压是影响膜层色彩的最主要的因素,颜色随着电压的变化而发生规律性的改变.经X射线衍射分析,纯钛表面经阳极氧化处理后,其表面生成了一层非晶态的氧化钛薄膜,并且钛晶体的各个表面沿不同结晶方向的腐蚀速率不相同.通过对氧化膜层显微观察和耐蚀性研究,证明阳极氧化及热处理可大大提高钛氧化膜在模拟体液中的热力学稳定性和耐蚀性,且适当的热处理可使非晶态的钛氧化膜转化为稳定的二氧化钛.     

钛表面铜离子注入对细菌和细胞行为的影响

医用钛及其合金被广泛用作骨组织替换材料, 但缺乏抗菌性, 易导致细菌感染。铜具有良好的抗菌性能, 将其引入到钛表面, 可改善医用钛的抗菌性能; 然而铜含量过高对细胞具有毒性。因此, 需要调节铜的含量, 实现铜的抗菌性能和细胞相容性之间的平衡。本研究采用等离子体浸没离子注入技术对医用钛进行表面改性, 获得表面含铜量不同的样品, 并研究改性钛表面对细菌和细胞行为的影响。结果表明, 钛表面含铜量较低的样品能够促进大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSCs)和人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的增殖, 但对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制能力; 随着离子注入时间的延长, 钛表面含铜量较高的样品抗菌能力显著提高, 同时也未产生明显细胞毒性。因此, 通过控制钛表面的铜含量, 可以获得兼具良好抗菌性能和生物相容性的钛植入材料。     

TA2纯钛构件电流辅助旋压成形实验研究

目的 研究TA2纯钛板电流辅助旋压成形工艺参数的影响,对变形过程进行分析。方法 在1 mm纯钛板的旋压过程中,电源、钛板和工具头构成电流回路,钛板局部温度迅速升高,工具头和旋轮协同导电加热旋压变形。试验了TA2纯钛板在室温和不同电流辅助下的旋压成形性能,在此基础上试验并分析了不同润滑条件下的旋压件表面质量。结果 在电流辅助旋压成形过程中,曲母线形件旋压变形过程为剪切变形,壁厚偏离率会影响钛板失稳起皱和反挤等缺陷。由电塑性效应可知,电流对纯钛板成形性能有着显著的影响,纯钛板的塑性变形能力随电流的增加而增强;二硫化钼作为一种理想的高温润滑剂,可以降低摩擦因数,提高旋压件的表面质量和工具头的使用寿命。结论 实验发现电流辅助旋压可以显著提升纯钛板的成形性能,表明该技术是可行的,且易于控制操作。     

利用涂层降低钛的脆变

钛及其合金由于具有优异的比强度和高温强度,从而在航空工业中得到广泛应用。但是,钛在高温下是一种极为活泼的金属,它会与氧发生反应而脆化,机械性能也会相应降低。正因为在高温下,当钛合金暴露在含有氧的环境中时其塑性会降低,所以钛合金的长时间使用温度必须低于425℃,并可短时间在低于535℃下使用。当在钛表面涂覆一层防氧化的涂层后,太合金就可在高温下使用。这种涂层可通过反应在表面生成一层保护层,它作为一种屏障可以有效地阻止钛与氧的接触,阻碍氧的     

钛基生物复合材料的研究进展

钛及钛合金由于具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等特性,而被应用于生物医学方面。然而,与人骨相比,钛合金的弹性模量较高,可达100～110GPa,而人骨的弹性模量只有10～30 GPa。虽然与其它金属材料相比具有与骨较为接近的弹性模量,但仍远远高于骨的弹性模量,这就容易造成钛与人体骨界面上力学性能的不匹配,如直接植入则会带来“应力屏蔽“效应,因此对钛及钛合金进行处理来降低弹性模量和提高活性成为当前研究的热点。目前主要通过两种途径来改善纯钛及其合金的生物活性和生物相容性问题,一种就是通过各种不同工艺在纯钛及其合金表面涂覆羟基磷灰石及生物玻璃涂层,另一种是将生物活性材料HA作为一种活性相混入纯钛及其合金中,形成一种微观复合材料。本文重点介绍了近年来钛基生物复合材料的研究进展。