锆合金表面改性研究进展

综述了目前锆合金表面改性方面研究的进展状况。主要对表面预膜、离子注入和激光表面处理等3种方法进行总结。其中表面预膜主要简介了高压釜预膜、表面镀膜和阳极氧化等3种方法的研究现状：离子注入方面介绍了Y，La，Nb等离子注入对锆合金的改性效果及其原理；激光表面处理方面介绍了激光表面熔覆和激光表面合金化2种方法在锆合金表面改性方面的研究进展。     

表面处理对锆合金性能的影响

介绍了锆合金的表面处理技术,讨论了各种表面处理技术对于锆合金表层结构和合金元素分布的影响及改善锆合金性能的机理,提出了进一步研究的建议.     

锆微弧氧化表面处理技术研究进展

锆及锆合金是重要的核结构材料和有潜力的生物医用材料,但在实际应用中,腐蚀、磨损易造成其失效,而适当的表面改性是提高它们服役性能的有效手段。重点介绍了锆及锆合金微弧氧化（MAO）表面处理技术的研究现状,讨论微弧氧化过程中电压电流特征及微弧放电机理,总结电解液体系及电参数对锆微弧氧化膜生长及膜层性能的影响规律,最后指出目前存在的问题和后续的研究方向。锆微弧氧化膜硬度高,致密性好,能大幅度提升基材的抗磨损和抗腐蚀性能。因此,锆微弧氧化技术在核电及生物医学领域有着很好的应用前景。此外,电解液中铝、硅元素进入微弧氧化膜后可以稳定膜层中高温氧化锆相（t-ZrO2）,避免膜层中应力集中和微裂纹的产生。用P和Ca元素修饰后的锆微弧氧化膜具有较好的生物活性、抗体液腐蚀和抗菌性能。     

锆合金氧化膜对腐蚀性能影响研究现状

介绍了锫合金氧化膜的物相组成和转变对锆合金耐腐蚀性能的影响,并重点论述了合金元素、热处理制度、第二相粒子、表面处理技术和水化学条件对锆合金氧化膜及耐腐蚀性能的影响.     

核燃料包壳锆合金表面涂层研究进展

锆合金表面涂层是提高核燃料包壳事故容错能力的重要途径之一。本文综述了锆合金表面涂层的研究进展,包括涂层种类、制备工艺、微观组织以及抗水蒸气氧化性能、耐腐蚀性能等,介绍了锆合金表面涂层种类选择的依据,探讨了涂层的制备工艺、微观组织与性能之间的关系,分析了当前研究中存在的若干问题及未来涂层的发展方向,为进一步促进核燃料包壳锆合金表面涂层的研究提供了有价值的参考。     

医用NiTi合金表面改性技术研究进展

近等原子比的NiTi合金以其独有的形状记忆效应和超弹性在医疗领域具有广泛的应用,但近年来研究表明,镍离子会使人体发生中毒反应,甚至致癌,这一因素制约了它在生物医用材料领域的使用。为了抑制镍离子的释放,通过对NiTi合金表面改性,制备一层氧化膜,可有效提高使用的安全性。文章全面阐述了近几年来NiTi合金表面改性的研究进展,提出了对多孔医用NiTi合金表面TiO2改性的发展前景。     

文摘辑要

硅酸盐-六偏磷酸钠电解液中锆合金微弧氧化膜的制备及耐磨性能评价锆合金广泛用于核工业,也是潜在的生物医用材料,但其耐磨性能欠佳。为此,在硅酸盐-六偏磷酸钠电解液中,采用双脉冲微弧氧化技术在Zr-2锆合金表面生成较厚的氧化膜;采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了微弧氧化膜的形貌和组成,并测试了其耐磨性能。结果表明：经60 min微弧氧化后,Zr-2锆合金表面生成厚120μm左右的氧化膜,其由单斜氧化锆和少量的四方氧化锆组成。     

锆合金微弧氧化后喷丸致密化研究

目的提高锆合金微弧氧化后表面氧化膜的致密度。方法先对锆合金进行微弧氧化处理,在表面形成氧化锆陶瓷层,再进行不同工艺下的喷丸处理,以提高锆合金表层氧化膜的致密度。通过表面粗糙度测试,表征不同喷丸工艺下试样表面的塑性变形程度,并通过扫描电子显微镜对氧化膜表面形貌和横截面厚度进行分析,最后计算表面膜层中的孔隙率,以表征微弧氧化后喷丸的致密化效果。结果较高的喷丸强度和较长的喷丸时间均会使得膜层表面发生剧烈的塑性变形,导致表面氧化膜脱落,对锆合金的表面完整性具有不利影响。当使用AGB35玻璃丸在0.2 MPa气压下喷丸10 s时,取得了较好的致密化效果。与微弧氧化后的原始试样相比,气压控制在0.2 MPa,时间控制在10 s的喷丸处理,可以减小膜层中孔洞的尺寸和数量,使氧化膜中的孔隙率从原始的16.45%降低至7.27%,有效提高了膜层的致密度。随着喷丸气压增加至0.3 MPa或喷丸时间延长至30 s,氧化膜发生大面积脱落,部分基体与氧化膜之间产生孔隙,氧化膜中的孔隙率反而增加至20.20%,这对锆合金的表面完整性具有不利影响。结论合理控制微弧氧化后的喷丸工艺参数,可以致密化锆合金表面的氧化膜,使其更具有保护性,而过高的喷丸强度和过长的喷丸时间均不能实现较好的致密化效果。     

铝及其合金表面改性技术的研究与发展

铝及其合金材料具有质量轻、易加工、比强度高等优良特性,随着现代经济的高速发展,它在产量和用途上已成为仅次于钢铁的第二大金属材料.为了更好地体现其巨大价值,必须解决其硬度低、耐磨性差等缺点.因此铝及其合金的表面改性显得格外重要.综合了国内外近年来对铝及其合金表面改性技术的研究与应用情况,从电化学氧化法、化学转化技术、微弧氧化技术、等离子注入、冷喷涂技术和激光处理这几个方面对铝及其合金表面改性技术的发展状况进行了简要的综述,并展望了其研究前景.     

医用多孔NiTi合金的制备及表面改性研究进展

综述了医用多孔NiTi合金的粉末冶金制备方法及其表面改性研究进展,对各种方法可能出现的问题进行分析,并对医用多孔NiTi合金的制备及表面改性前景进行了展望。     

核电锆管的表面改性技术

锆合金已被广泛用于核反应堆的堆芯结构材料,但其耐腐蚀性能和耐磨性能制约着使用寿命,采用合适的表面处理技术可以改善其表面完整性.通过对近几年核用锆合金表面处理的研究进行归纳总结,简单介绍了锆合金的研发进展,并着重对能提高锆合金耐腐蚀性能和耐磨性能的表面处理技术进行了综述,如喷丸处理、超声冲击强化、冷轧、渗氮和渗铝等.总结了各种表面处理技术对锆合金的微观结构和性能的影响,并介绍了结构和性能之间的联系.最后对锆合金表面处理技术进行了讨论和展望.     

锆合金包壳表面涂层研究进展

耐事故燃料是一种满足反应堆更多安全裕量设计要求的新型燃料元件。锆合金表面涂层研究是耐事故燃料包壳发展的一个主要方向,致力于解决高温条件下锆水严重反应的问题。该包壳具有经济性好,易于实现商业化等优点。重点阐述了锆合金包壳表面涂层制备技术和一些应用性能的研究进展,制备技术包括涂层方法、涂层厚度和涂层成分等,应用性能主要包括高温氧化和辐照性能。详细分析了锆合金表面涂层研究需要考虑的四个关键问题,即涂层材料选择、涂层工艺选择、涂层质量表征以及涂层锆包壳关键应用性能研究。涂层材料既要满足耐高温氧化性能,又要满足堆内正常运行的相关性能要求;涂层工艺应能制备出结合力好且致密的薄膜,并考虑锆包壳管涂层过程的可实现性;针对锆包壳特殊的应用环境,涂层质量表征重点关注涂层的附着力和膜致密度;涂层包壳关键应用性能主要考虑高温氧化、腐蚀、抗热冲击和腐蚀性能。综合已有研究结果,指出MAX相和金属Cr是两种有应用前景的锆包壳涂层材料,电弧离子镀技术作为锆包壳涂层工艺有一定的发展潜力。     

变形镁合金表面改性的新技术

简述了对变形镁合金进行改性的必要性。对变形镁合金进行表面改性的方法包括激光熔敷、热喷涂、电化学方法、转化膜、液相/气相沉积、涂装和离子注入。对变形镁合金表面的热喷涂包括火焰喷涂和等离子喷涂;电化学方法包括微弧氧化和阳极氧化法;制备转化膜的方法包括化学镀、磷化和溶胶—凝胶法;离子注入包括高温金属离子注入和等离子体注入。指出应该加强对实际的变形镁合金构件的表面改性技术的开发,尤其是对试样研究较多的微弧氧化法、阳极氧化法和磷化。     

采用增材制造技术制备的钛合金的高温氧化行为研究进展

钛合金具有良好的力学和化学性能,在航空航天、生物医学和化工等领域得到了广泛应用.介绍了耐热钛合金的发展现状,采用传统工艺和增材制造技术制备的钛合金的抗氧化性能的研究现状,以及近年来对提高钛合金抗高温氧化性能的合金化和表面改性等技术手段的研究进展.展望了进一步改善采用增材制造技术制备的钛合金抗高温氧化性能的研究方向.     

钛合金抗微动损伤的研究进展

钛合金对微动磨损和微动疲劳非常敏感,严重限制其推广应用。采用表面处理提高钛合金的抗微动损伤性能获得了良好效果。本文综述了表面涂覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术等提高钛合金的抗微动损伤性能的研究进展,概述了表面处理提高钛合金微动损伤的机理,并展望了其未来的研究重点。     

镁合金材料表面处理技术研究新动态

对镁合金材料近年来在表面微弧氧化、表面超疏水膜层、激光表面改性以及溶胶-凝胶涂层四个方面的研究动态进行了简要综述。镁合金材料采用双极性和混合(单极和双极的组合)电流模式微弧氧化处理的膜层生长速率较快,膜层更致密且硬度更高,膜层的耐磨性和耐腐蚀性能更好。在高浓度苛性碱为主的强碱性溶液中添加适量的添加剂,经短时间(~3 min)微弧氧化处理,即可获得中性盐雾试验达200 h以上的致密耐腐蚀膜层。采用水热法、电化学刻蚀、微弧氧化和电沉积等方法,可在镁合金材料表面形成具有微纳米多级结构的粗糙表面,再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰,可在镁合金表面获得超疏水膜层,从而提高镁合金的耐腐蚀性能。镁合金材料激光表面改性处理可改善其表面成分,细化晶粒,使组成相分布更均匀以及提高表层的固溶度极限,从而提高镁合金材料的耐腐性能、摩擦磨损抗力和疲劳强度。溶胶-凝胶有机/无机杂化涂层与镁合金基材良好的附着力,不仅可提高镁合金的耐腐蚀性能,还可以使镁合金具有抗氧化、耐磨损、防水性以及其他性能。     

热氧化提高钛及钛合金表面性能的研究进展

热氧化作为一种引起广泛关注的钛及钛合金表面改性技术,具有工艺简单、原位生长、薄膜厚度大以及性价比高等特点。通过热氧化表面处理技术能够在钛及钛合金表面形成较厚的由钛氧化层和氧的扩散层组成的硬质氧化膜,氧化膜对材料起到有效的保护作用,提高了材料单一耐磨性、耐蚀性以及生物活性或综合表面性能。从热氧化工艺原理及其对钛及钛合金表面性能影响的角度,综述了热氧化对钛及钛合金表面硬度、耐磨性、耐蚀性、生物相容性等性能影响的研究进展,并对其以后的研究方向进行了展望。通过合理控制氧化温度、氧化时间、氧化气氛及冷却方式等工艺条件,从而得到连续、致密且疲劳性能较好的金红石型TiO_2和氧的扩散层是改善钛及钛合金性能的关键。将热氧化处理与其他工艺相结合,针对性地提高膜层厚度及材料的耐磨性、耐蚀性、生物性能等,以实现复合涂层的制备将是热氧化在钛及钛合金性能改善方面的研究方向。     

可生物降解镁及镁合金表面改性研究进展

生物医用镁及镁合金可降解吸收,具有良好的生物相容性,弹性模量与人体骨接近,是理想的人体植入物材料。在体液环境中,医用镁合金腐蚀速率较快,常常导致植入物过早失效。对镁合金表面进行适当改性,可调控合金降解速率、提高生物相容性。最常见的表面改性方法是在镁合金表面生成保护性涂层,这些涂层主要包括可降解高分子涂层和一些无机涂层。综述了近几年可生物降解镁及镁合金的表面改性涂层及改性技术的最新研究动态,探讨了镁及镁合金表面制备无机涂层和可降解高分子涂层的一些改性方法;简要介绍了阳极氧化、微弧氧化、离子注入、溶胶-凝胶、等离子喷涂及化学沉积等表面改性方法的原理,并比较其优缺点;提出了可生物降解镁及镁合金表面改性涂层研究中面临的问题,并展望了未来发展方向。     

核燃料包壳锆合金表面铬涂层研究进展

锆合金凭借其较低的热中子吸收截面、优异的抗辐照性能以及良好的核燃料相容性等优点,被广泛应用于压水堆燃料包壳.福岛核事故后,表面铬涂层改性的锆合金成为耐事故包壳材料的重点研究方向之一,被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术.综述了近年来核燃料包壳锆合金表面铬涂层的研究成果.介绍了铬涂层在事故条件下和正常工况条件下的性能优势,分析了其与锆合金基体在热性能上的匹配特性,重点对比了现有的铬涂层制备方法的优缺点,包括激光熔覆、喷涂、物理气相沉积等.其中激光熔覆和喷涂技术具有沉积速度较快、工艺条件相对简单的特点,但涂层厚度和粗糙度偏高,均匀性较差.物理气相沉积技术制得的涂层综合性能好,不足之处是涂层沉积速率较低,沉积过程需要高真空环境.兼顾高质量和低成本且适合商业化生产的包壳管表面铬涂层制备工艺仍有待于深入研究.归纳了铬涂层的高温氧化失效机制,提出在高温氧化过程中,涂层的分层、残余铬层的消耗以及锆元素沿铬晶界的扩散,是产生氧快速扩散通道并最终导致涂层失效的主要原因.最后指出了当前研究中存在的若干问题及其解决措施,为包壳锆合金表面铬涂层的进一步研究提供参考.