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。     

Er(NO_3)_3掺杂对TC4微弧氧化涂层电化学行为的影响

针对TC4合金耐腐蚀性偏低的问题,利用微弧氧化技术在TC4表面制备陶瓷涂层,探究了电解液中Er(NO_3)_3掺杂量对TC4微弧氧化(MAO)涂层润湿性能和电化学行为的影响作用。结果表明:随着Er(NO_3)_3含量的增加,TC4涂层中金红石相TiO_2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相TiO_2减弱。在电解液中引入适量Er(NO_3)_3有助于促进金红石相TiO_2形成。Er(NO_3)_3含量变化对TC4钛合金微弧氧化涂层表面粗糙度的影响不大,粗糙度在6～12μm内。在电解液中引入Er(NO_3)_3后,TC4涂层的极化曲线会向正电位方向移动。增加Er(NO_3)_3含量,腐蚀电位增加。     

碱处理对钛合金表面微弧氧化涂层中磷灰石形成的影响（英文）

使用3种不同浓度的氢氧化钠溶液对钛合金表面的微弧氧化涂层(MAO)进行改性处理,以提高微弧氧化涂层的生物活性。通过分析经不同浓度碱溶液处理后样品的微观形貌、化学成分、相组成、表面粗糙度、接触角和磷灰石的形成程度等因素,研究碱处理对微弧氧化涂层的影响。实验结果表明,碱处理后的微弧氧化涂层中生成了Na2Ti6O13和Na2Ti3O7相,这两相的生成增加了微弧氧化涂层的表面粗糙度,减小了模拟体液与涂层的接触角。因此,采用不同浓度碱处理能够促进微弧氧化涂层中磷灰石的形成,使涂层表面的生物活性增加。     

可降解镁合金骨螺钉表面微弧电泳水热复合涂层的制备与性能

目的在医用镁合金骨螺钉表面构建羟基磷灰石涂层,有效控制其降解速率。方法利用微弧电泳/水热复合方法,在形貌复杂的骨螺钉表面制备涂层。该方法首先利用电解抛光对骨螺钉表面进行表面预处理,采用微弧电泳技术在其表面制备羟基磷灰石涂层,再利用水热合成对微弧电泳涂层进行封孔。利用XRD、SEM、AFM等分析手段对涂层显微结构进行分析,利用体外浸泡实验和电化学实验对涂层耐腐蚀性能及其对钙磷盐的诱导特性进行了评价。结果在电解抛光电流0.14 A、抛光时间2 min的工艺条件下进行电解抛光预处理,可以提高基体和涂层的结合性能。由于骨螺钉的特殊形状,在微弧电泳电解液中添加丙三醇,并通过调整电解液中丙三醇含量优化微弧电泳工艺(电压155 V,反应时间20 min),能有效抑制尖端放电现象,防止膜层组织疏松和大量的氧化物堆积,以及涂层剥落甚至基体烧蚀的现象。再优化水热合成工艺参数(处理液p H值8.5,反应时间1.5 h,反应温度393 K)对微弧电泳涂层进行封孔,得到微弧电泳/水热复合涂层。结论微弧电泳/水热复合涂层表面形貌为菜花状结构,由纳米棒状羟基磷灰石组装而成,均匀致密,结晶性好。电化学腐蚀测试表明,制备复合涂层后,骨螺钉的腐蚀电流密度降低了一个数量级。在模拟体液中浸泡6天,骨螺钉的形貌依然完整,说明水热复合涂层在改善生物相容性的同时,提高了骨螺钉的耐腐蚀性能。但微动摩擦磨损测试显示,水热复合封孔处理后磨损性能下降。     

水热时间对钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石的影响

目的研究水热时间对TC4钛合金微弧氧化膜合成羟基磷灰石(HA)的影响。方法对TC4钛合金微弧氧化膜进行不同时间的水热合成处理,分析其微观形貌、成分及相结构,观察其在模拟体液中浸泡5周后的形貌及结构变化。结果水热处理提高了微弧氧化膜的Ca/P摩尔比,使非晶态钙磷化合物转化为HA晶体,随着水热时间的延长,HA衍射峰数量增多且强度增加。在模拟体液中浸泡5周后,微弧氧化膜表面仅有微量磷酸钙形成,而如水热合成后再浸泡,氧化膜表面的HA几乎完全转化为磷酸钙。结论水热处理有助于钛合金微弧氧化膜表面合成HA晶体。在8 h内,水热时间越长,氧化膜表面的HA含量越高,模拟体液中浸泡后形成的磷酸钙也越多,与人体的相容性越好。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

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.     

喷丸处理和微弧氧化对TC4合金组织和疲劳性能的影响

通过喷丸处理(SP)在TC4钛合金表面制备强化过渡层,再采用微弧氧化(MAO)制备出喷丸+微弧氧化(SP+MAO)涂层。对比研究TC4钛合金表面微弧氧化涂层及喷丸+微弧氧化涂层的显微结构、相组成和疲劳性能。结果表明:喷丸处理后,材料表面粗糙度上升。位错不断增殖、积塞直至发生交割而起到表层晶粒细化的作用,距表面深度为5μm处硬度达最大值472.84HV_(0.1)、提高了40%,表层残余压应力从基体的-98.8 MPa提升到-548.9MPa。相比微弧氧化涂层,喷丸+微弧氧化涂层表面粗糙度由0.54μm上升到0.79μm,平均厚度从4.1μm增加至12.6μm。喷丸+微弧氧化试样的疲劳寿命为13321周次,远高于微弧氧化试样的疲劳寿命3638周次,略高于原始试样疲劳寿命13067周次。这表明采用喷丸作为预处理可以改善微弧氧化工艺对试样疲劳性能的影响。     

冷喷涂制备多孔Ta涂层及生物相容性

目的 提高生物医用钛合金的生物相容性。方法 采用冷喷涂技术在其表面制备了内部多孔且表面粗糙的钽涂层,并对涂层的微观组织、弹性模量、表面粗糙度、孔隙率、相组成等进行表征;通过溶血率实验、动态凝血时间实验、血小板黏附实验和细胞增殖实验等评价其血液相容性。结果 涂层表面粗糙度为24.9μm,孔隙率为12.6%,弹性模量为147 GPa。喷涂后涂层相组成为Ta,涂层与基体的结合强度为24 MPa。TC4钛合金基体和钽涂层2种材料均具有优异的红细胞相容性且2种材料表面的动态凝血程度相似,表明在TC4钛合金表面制备钽涂层后,钽涂层不会影响凝血因子的活性。钽涂层具有更好的防止血小板黏附与变形的性能。在细胞增殖实验中,细胞在钽涂层表面的增殖能力略高于TC4钛合金。结论 多孔钽涂层的弹性模量相对钽块降低了22%。其生物活性高于TC4钛合金基体。     

TC4钛合金表面激光冲击强化-微弧氧化涂层的组织和性能

通过激光冲击强化(LSP)在TC4钛合金表面制备细晶粒过渡层，再采用微弧氧化(MAO)制备LSP-MAO复合涂层，研究TC4钛合金表面MAO涂层及LSP-MAO复合涂层的显微组织、相结构、显微硬度和耐磨性。结果表明：激光冲击强化处理后，TC4钛合金衍射峰变宽，表层晶粒明显细化。与MAO涂层相比，LSP-MAO复合涂层表面的孔径更小，表面更加平整，显微硬度和强化层深度有所增加，其中激光冲击2次时显微硬度最高，达到636.3 HV0.025(距离表面30μm处),其强化层最大深度达到390μm。LSP-MAO涂层的耐磨性均优于MAO涂层，其中激光冲击强化2次时LSP-MAO复合涂层耐磨性最好。     

Ti6Al4V钛合金超声波冷锻/微弧氧化涂层的制备及耐磨性能

为了提高生物医用钛合金的耐磨性,利用超声波冷锻技术(UCFT)作为预处理,采用微弧氧化(MAO)技术制备出具有生物活性的MAO涂层。采用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)测量钛合金UCFT处理后表面纳米晶粒大小和表面粗糙度,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量涂层的微观形貌、相组成和显微硬度,并在高速往复摩擦磨损试验机上对试样进行摩擦学性能测试。结果表明:超声波冷锻后的钛合金表面晶粒得到细化,平均表面粗糙度仅为36.98nm;UCFT-MAO涂层的显微硬度从330HV0.05提高到518HV0.05,经超声波冷锻预处理后的微弧氧化涂层的摩擦因数降低,UCFT-MAO试样在仿生液中的磨损量仅为基体试样的1/3。超声波冷锻技术作为预处理,显著提高了钛合金微弧氧化涂层的耐磨性能。     

TC4钛合金体育器械的表面改性工艺研究

以微弧氧化电压和氧化时间为变化参量,考察了不同工艺参数下TC4合金表面涂层的厚度、表面粗糙度、孔隙率和平均孔径的变化规律,得到了TC4钛合金适宜的微弧氧化工艺,并探讨了表面涂层的沉积长大机理。结果表明,TC4钛合金涂层厚度在电压为450 V时达到最大值36.2μm,而表面粗糙度在电压为500 V时取得最大值3.3μm。涂层表面的孔隙率和平均孔径随着电压的增加而呈现逐渐增加的趋势。随着微弧氧化时间的增加,钛合金表面涂层厚度和表面粗糙度都呈现出逐渐增加的趋势。在微弧氧化前30 min内,钛合金涂层的表面孔隙率的增长速度较快,而当氧化时间超过30 min后,涂层表面孔隙率增长速度变缓,而平均孔径仍然以较快的速度增加。     

Formation and Characterization of Hydroxyapatite Coating Prepared by Pulsed Electrochemical Deposition

采用交流脉冲沉积法在AZ91D镁合金表面合成了羟基磷灰石涂层。考察了交流脉冲电压、沉积时间及电解液添加剂等电化学沉积参数对羟基磷灰石涂层的形貌、微观结构、元素组成及电化学性能的影响。结果表明,当脉冲电压为110 V时,纳米级别的羟基磷灰石涂层表面更为均匀,孔隙度更小,且其XRD的特征衍射峰更为突出。当电解液中添加了NaN O3和H2O2后,羟基磷灰石颗粒和涂层表面形貌均得到优化;同时,极化曲线和交流阻抗测试结果表明该涂层在模拟体液中的耐蚀性能提高。浸泡实验结果表明,该涂层有利于诱导羟基磷灰石的形成,从而提高涂层的生物活性。     

交流脉冲电沉积羟基磷灰石涂层的制备及其性能(英文)

采用交流脉冲沉积法在AZ91D镁合金表面合成了羟基磷灰石涂层。考察了交流脉冲电压、沉积时间及电解液添加剂等电化学沉积参数对羟基磷灰石涂层的形貌、微观结构、元素组成及电化学性能的影响。结果表明,当脉冲电压为110 V时,纳米级别的羟基磷灰石涂层表面更为均匀,孔隙度更小,且其XRD的特征衍射峰更为突出。当电解液中添加了NaN O3和H2O2后,羟基磷灰石颗粒和涂层表面形貌均得到优化;同时,极化曲线和交流阻抗测试结果表明该涂层在模拟体液中的耐蚀性能提高。浸泡实验结果表明,该涂层有利于诱导羟基磷灰石的形成,从而提高涂层的生物活性。     

Pr(NO3)3对ZA31镁合金微弧氧化涂层组织与性能的影响

针对生物医用镁合金耐蚀性差的问题,利用微弧氧化技术对ZA31镁合金进行表面改性处理,旨在获得抗腐蚀性优良的陶瓷涂层。在已优化的硅酸盐电解液体系和电化学参数条件下,对ZA31镁合金进行微弧氧化处理,研究电解液中Pr(NO_3)_3含量对微弧氧化涂层的相组成、微观结构、润湿角、表面粗糙度以及电化学性能的影响。研究结果表明:在电解液中添加Pr(NO_3)_3后获得的ZA31镁合金涂层主要由MgO、MgSiO_3和Mg_2SiO_4等晶相组成,未检测到Pr的氧化物相。未添加Pr(NO_3)_3时,涂层具有火山口状的微孔结构。随着Pr(NO_3)_3添加量增加,涂层表面的孔洞和火山状凸起减少,孔洞尺寸也明显减小,伴随出现大量表面平滑的区域,表面粗糙度降低。当Pr(NO_3)_3添加量不同时,涂层表面粗糙度在1. 8～2. 4μm范围内变化。在电解液中添加Pr(NO_3)_3后,涂层的极化曲线向正电位方向移动,涂层腐蚀电位正移,但幅度变化不大,腐蚀电流降低约为1～2个数量级,涂层的耐蚀性提高。     

水热处理对电化学沉积HA涂层物相的影响

采用电化学沉积在碱处理Ti6Al4V钛合金基体上生成羟基磷灰石（HA）涂层,研究了水热处理对该涂层物相的影响。结果表明,电化学沉积HA涂层结晶度低、晶粒尺寸较小,经120 ℃和160 ℃水热处理后,HA结晶度和晶粒尺寸显著增大,且随水热处理温度的增加,结晶度和晶粒尺寸增加。     

溶液钙浓度和水热合成条件对微弧氧化TiO2／羟基磷灰石复合膜层形貌和组成的影响

钛在含钙磷的溶液中微弧氧化，表面形成含有钙磷元素的，均匀多孔的氧化膜层，水热合成后转化为含羟基磷灰石晶体的复合氧化膜。研究表明：钙离子浓度未使膜层的形貌和相组成发生明显变化；仅在较低的浓度下增加溶液Ca^2 的浓度，膜层中Ca，P元素的相对含量和Ca／P比都会增加；在不同的水热温度和溶液钙浓度下，得到的羟基磷灰石具有不同的晶体形貌，相对含量和Ca／P比；缩短恒温时间可以使HA晶粒细化。这为优化生物医用钛表面TiO2／羟基磷灰石复合膜层的成分和形貌提供了依据。     

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。     

TC4钛合金表面沉积TiCN涂层及其耐磨耐腐蚀性能研究

目的提高TC4钛合金的耐磨耐蚀性能。方法采用双阴极等离子溅射沉积技术在TC4合金表面制备了TiCN涂层。通过XRD表征了涂层的物相组成,并通过SEM表征了涂层的微观形貌。利用声发射划痕仪研究了涂层与基体的结合力,摩擦磨损试验机用于研究TiCN涂层的摩擦磨损性能。用电化学工作站在3.5%NaCl溶液中进行电化学实验。结果所沉积涂层均匀致密,无明显缺陷,涂层由外层厚度约为8μm的TiCN沉积层和其下约4μm厚的过渡层组成。TiCN涂层与TC4基体的结合强度比较高,其结合力达到66.4 N。室温条件下法向载荷相同时,TiCN涂层的磨痕宽度远小于TC4钛合金基体的磨痕宽度。TiCN涂层的比磨损率为(1～2)×10-5 mm~3/(N·m),TC4钛合金的比磨损率为(2～4)×10~(-4) mm~3/(N·m),TiCN涂层的比磨损率较TC4钛合金降低了1个数量级以上,并且对载荷的变化不敏感。TiCN涂层与TC4钛合金基体比较,具有更高的自腐蚀电位和更低的腐蚀电流密度,涂层的腐蚀电流密度为1.57×10-9 A/cm~2,TC4钛合金的腐蚀电流密度为1.35×10-8 A/cm~2,涂层的腐蚀电流密度较钛合金基体小1个数量级。TiCN涂层的EIS阻抗谱容抗弧值也较大。结论双阴极等离子溅射沉积TiCN涂层可以有效提高TC4钛合金的耐磨耐腐蚀性能。     

TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。