钛合金微弧氧化技术的研究

随着科学技术的发展与进步,钛及其合金的应用越来越广泛,虽然它们具有很多优良的性能,但其表面的耐磨、耐蚀性能还不能满足某些关键零部件的要求,尤其在航天、航空领域,微弧氧化技术的出现则较好地解决了这个问题.微弧氧化技术是一种在铝、镁、钛等有色金属及其合金表面原位生长氧化膜的新技术.利用该技术制备的氧化膜具有耐腐蚀、耐磨、硬度高和电绝缘等优良特性.阐述了微弧氧化技术的发展历史、氧化膜制备的基本原理,分析了氧化膜生长规律及影响因素,指出了钛合金微弧氧化技术的特点、研究不足及研究方向.     

船用钛合金微弧氧化膜的性能及其研究进展

钛合金密度小、比强度高、可加工性好及耐海水腐蚀性强,是一种优秀的船舶材料.然而钛合金较低的耐磨性能、耐高温氧化性能及其对异种金属的电偶腐蚀等制约了其在船舶中实际应用.通过微弧氧化在钛合金表面原位生长氧化物陶瓷层,可显著改善钛合金的以上性能.文中综述了国内外船用钛合金微弧氧化研究进展及微弧氧化对钛合金的耐磨性、耐蚀性、结合强度及抗高温氧化性能的研究现状,展望了微弧氧化技术改善船用钛合金表面性能的发展趋势.     

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…     

微弧氧化处理对钛合金超声辐射杆抗腐蚀性能的影响

为了提高钛合金超声辐射杆在半连续铸造中的抗空化腐蚀性能,采用NaSiO_3-NaPO_3复合盐电解液在钛合金超声辐射杆表面制备了微弧氧化膜层,然后在700℃铝熔体环境下与未作处理的辐射杆对比开展空化腐蚀实验。采用硬度仪和附着力拉拔仪分别检测氧化层的硬度和结合强度,采用扫描电镜(SEM)观察了微弧氧化膜层、基体及空化腐蚀后的表面组织形貌,并利用能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析了腐蚀产物。结果表明:所得微弧氧化膜层厚度为25～30μm,硬度达到866 HV0.05,膜层结合强度达到36 MPa;在高温铝熔体空化腐蚀15 h后,经微弧氧化处理的钛合金超声辐射杆的质量损失约为未作处理的钛合金辐射杆的1/3,平均腐蚀深度约为未作处理的辐射杆的1/2,其力学性能得到增强,化学稳定性有所提高,抗腐蚀性能显著增强。     

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.     

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。     

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.     

钛合金表面微弧氧化膜及抗氧化性能的研究

利用微弧氧化技术，通过增加涂层致密性的方法及选择合适的放电电压，在钛合金表面制备出致密的、与基体结合优良的微弧氧化膜。微弧氧化膜分为3层：过渡层、致密层和疏松层。XRD分析表明，微弧氧化膜主要由Al2TiO5和Al2SiO5组成。在700℃循环氧化100h后，经微弧氧化处理的钛合金的氧化增重量为2．08mg／cm^2，低于未经微弧氧化处理的钛合金的增重量（20mg／cm^2），因而微弧氧化能有效地提高钛合金的抗高温氧化性能。     

钛合金微弧氧化陶瓷层的结构研究

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钛合金表面制备了陶瓷涂层，并对涂层的结构特征进行了综合研究。试验结果表明，微弧氧化层为富含Ca、P元素的粗糙多孔结构。陶瓷层可分内外两层，内层薄而致密，存在分布较为均匀的细小孔洞。外层厚而多孔，孔径尺寸和深度随氧化电压的升高而增大。陶瓷层中Ca、P元素分布不均匀，内表面Ca元素含量明显低于外表面，而P元素含量内、外表面相近，在陶瓷层的次表层二者的含量相对最高。微弧氧化后钛合金基体表面变的粗糙不平，并有少量Ca、P元素扩散进入到钛合金基体表层。     

钛合金表面微弧氧化膜层磨损性能研究

采用微弧氧化技术,以硅酸钠、磷酸钠溶液为电解液,在TC4钛合金表面制备出高硬度、高耐磨的微弧氧化膜层。用扫描电镜观测了膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行了耐磨损和摩擦学性能实验。结果表明,膜层由过渡层、致密层和疏松层3层组成。其相组成主相为Al2TiO5,其次为Al2SiO5,并含有少量无定型SiO2。膜层的维氏硬度为8470MPa,是基体硬度的2倍多。采用45#钢作对磨副,载荷为5kg,磨损时间20min条件下,膜层的失重为0.25mg,仅为基体的8%左右。     

钛合金表面微弧氧化膜的特点及成膜分析

用微弧氧化方法在钛合金上形成二氧化钛薄膜，用扫描电镜、X射线衍射以及透射电镜分析了膜的组织结构和化学成分，用纳米压入仪和划擦仪测量了膜的硬度和弹性模量及划擦抗力。结果表明，钛合金表面形成一层微弧氧化膜，含有纳米晶结构。薄膜由晶体和少量非晶体组成，硬度和弹性模量分别为0．78GPa和35．6GPa，划擦过程中未出现膜从基体表面的剥落，但高载荷下膜本身有破坏和脱落。     

用微弧氧化技术处理医用钛合金表面的研究

采用微弧氧化对钛合金表面改性，讨论在不同条件下微弧氧化膜的形貌、结构和成份。结果表明，在钛合金表面得到一层金红石型TiO2和锐钛矿型TiO2的多孔氧化膜，且在膜中可以渗入钙，磷离子。膜层中的元素呈阶梯分布，外层的Ca,P含量较大，Ca/P含量随溶液中Ca/P含量近似呈线性增强。在确定的电解液下表面孔隙率基本不变，但孔洞大小随反应电压的增加而增加；膜的生长速率随反应时间的延长呈先快后慢变化。这种含有Ca，P成份的多孔表层结构有利于骨细胞的吸附和结合。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

钛合金微弧氧化影响因素及研究现状

介绍了影响钛合金微弧氧化工艺的基本因素,并概述了各因素对陶瓷层厚度、相结构及表面形貌的影响结果,同时总结了钛合金微弧氧化技术在国内外的研究状况和目前微弧氧化技术发展存在的一些问题.     

微弧氧化钛合金的电化学腐蚀行为

采用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备了多孔陶瓷层,研究了其在Hank′s模拟体液中的电化学腐蚀行为,利用SEM和XRD分析了其表面形貌和物相组成。结果表明,微弧氧化合金的自腐蚀电位升高约0.3V,提高了TC4钛合金在生物体液环境下的化学稳定性。在钛合金植入体电位范围内,微弧氧化处理可明显提高极化电阻,减少腐蚀电流1~2个数量级。随腐蚀时间的延长,TC4钛合金表面钝化膜逐渐发生腐蚀,而微弧氧化膜浸泡初期HA的形核及生长是电极反应中最活跃部分,2周后表面形成均匀的HA薄膜,表现出良好的抗电化学腐蚀性能。     

钛合金微弧氧化医用涂层形成机制

利用微弧氧化技术在钛合金表面制备了医用涂层,通过SEM观测不同氧化阶段涂层形貌,并分析各阶段微弧放电特性。研究了两极电化学反应过程,建立了工作液负载等效电路,提出了钛合金微弧氧化生成羟基磷灰石医用陶瓷涂层机制。结果表明,电压会直接决定试样表面的电荷分布,增加表面电荷积累,增强工作液中带电钙、磷粒子的扩散和电泳程度,从而加速涂层物质的瞬间反应。     

钛合金微弧氧化生物膜制备与性能研究

综合国内外钛合金微弧氧化生物膜制备的方法,主要阐述了电参数与电解液对钛合金微弧氧化生物膜结构以及性能的影响机制.脉冲电源下,电流对膜层的制备具有良好的调整作用,且得到的膜层厚度显著增大.膜层厚度随氧化电压的升高而增加时,膜层表面颜色与腐蚀电位也发生变化.增加脉宽,降低频率时,单脉冲放电能量随之增加,微弧氧化成膜速率显著...     

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。     

电流密度对钛合金微弧氧化膜的影响

采用交流微弧氧化法于Na2SiO3、Na3PO4溶液中在Ti6A14V表面形成了氧化物陶瓷膜.研究了电流密度对电压、厚度、相组成、氧化膜与基体的结合力、耐腐蚀性能的影响.结果表明,随着电流密度的增大,氧化膜终止电压升高,氧化膜的厚度逐渐增加.氧化膜主要由锐铁矿和金红石相TiO2组成,随着氧化膜中金红石相TiO2的含量增加,氧化膜与基体的结合力逐渐降低,并趋于持平.氧化膜在30%的硫酸溶液中耐腐蚀性能稍有降低.     

镁合金微弧氧化-电泳复合膜层的腐蚀性能

镁合金微弧氧化-电泳复合处理作为新型的表面处理工艺,极大地提高了镁合金的耐蚀性,满足了工业化要求。通过考察在不同工艺条件下制备镁合金微弧氧化-电泳复合膜层的耐蚀性,研究其腐蚀机理,结果表明:微弧氧化-电泳复合膜层的耐蚀性取决于有机层的致密性以及复合膜层间的结合状态。致密性越好、结合力越大,复合膜层的耐蚀性越好。