铝及其合金微弧氧化技术的研究与进展

微弧氧化是一种在Al、Mg、Ti等有色金属及其合金材料表面原位产生陶瓷层的表面强化技术。利用该技术可以在这些有色金属表面生成耐磨、耐蚀以及电绝缘性能优异的陶瓷层。本文介绍了铝及其合金微弧氧化的基本原理、工艺特点、微弧氧化陶瓷层的结构和性能特点，并展望了微弧氧化技术的应用前景和发展趋势。     

合金微弧氧化技术研究及应用进展

综述了微弧氧化技术的基本原理,介绍了铝、镁、钛合金微弧氧化陶瓷层的组织结构和性能,总结和分析了不同工艺参数如电压、电流密度、氧化时间等对陶瓷层性能的影响规律,介绍了槽液体系如酸碱度、添加剂种类及溶液电导率等对微弧氧化陶瓷层性能的影响,及微弧氧化技术在Al、Mg、Ti及其合金中的应用.     

微弧氧化技术的应用与发展

综述了微弧氧化技术的基本原理,介绍了该技术在Al、Mg、Ti及其合金表面不同的应用,指出了该技术的特点,并指明了微弧氧化技术发展中存在的问题。     

微弧氧化技术述评

微弧氧化(MAO)又称为微等离子体氧化(MPO)、阳极火花沉积(ASD)或火花放电阳极氧化(SDAO),它是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷膜层的表面处理新技术.该技术突破了传统阳极氧化的诸多不足之处,通过对工艺过程的控制,可以使金属表面陶瓷化,生成的陶瓷薄膜具有优异的耐磨和耐蚀性能、较高的硬度和绝缘电阻.基于目前微弧氧化技术在Al、Mg、Ti及其合金表面改性方面的广泛应用和进展,综述了微弧氧化技术的工艺原理、技术特点、微弧氧化膜层的性质和影响因素以及该技术的应用现状.     

金属复合材料微弧氧化研究进展

微弧氧化是一种在阀金属(Al、Mg、Ti等)及其合金表面原位生成陶瓷膜的表面处理技术。利用微弧氧化技术获得的膜层与基体结合力强,能改善材料的耐磨、耐蚀、耐热冲击以及绝缘性等性能。以微弧氧化的发展和成膜机理作为切入点,比较了单一合金与金属复合材料微弧氧化处理的异同,发现机理的研究主要围绕电击穿理论展开,具有阀金属特性的第二相有助于复合材料微弧氧化的进行,而其他的第二相则会阻碍微弧氧化成膜,使机理研究变得复杂。综述了电解液及添加剂、电压、电流密度、频率和占空比、温度和处理时间等对金属复合材料微弧氧化过程,及膜层微观结构、相组成、厚度、硬度以及耐磨、耐蚀性能的影响。最后指出了复合材料微弧氧化目前存在的问题,提出了需要从加强机理研究、优化工艺的参数、改进微弧氧化设备以及与其他技术相结合等研究方向着手,以进一步加快金属基复合材料微弧氧化处理及改善陶瓷膜的性能,推进微弧氧化技术的应用。     

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.     

铝合金表面微弧氧化技术的研究现状及展望

微弧氧化技术是一种针对Al、Mg、Ti等阀金属及其合金进行表面陶瓷化的新技术。利用该技术可在铝合金表面原位生长一层致密、均匀、附着力良好的陶瓷膜层,大大改善铝合金的耐蚀、耐磨性能。综述了国内外铝合金表面微弧氧化技术的研究现状,概括了铝合金微弧氧化的基本原理、过程、工艺特点及影响因素;分析了铝合金微弧氧化技术目前尚存在的问题,并对该技术今后的研究方向进行了展望。     

轻合金等离子体增强电化学表面陶瓷化进展

等离子体增强电化学表面陶瓷化(微弧氧化)是一项在有色金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。介绍了微弧氧化技术生成氧化物陶瓷膜的原理、方法，陶瓷膜的性能特点及微弧氧化技术在轻合金中的研究进展状况和应用前景。     

Effects of Micro-Arc Oxidation of Ti6Al4V Alloy on Adhesion Property to Electroless Ni-P-ZrO2 Composite Platings and Their Wear Resistance

在Ti6Al4V合金微弧氧化膜表面制备Ni-P-ZrO2化学复合镀层,微弧氧化处理时间分别为15、30、60、90 min。采用扫描电镜/能谱仪、划痕试验、热震试验、显微硬度计和球盘式摩擦磨损试验机研究了微弧氧化膜结构对Ni-P-ZrO2化学复合镀层的结合性能与摩擦性能的影响。结果表明：随着微弧氧化时间的增加,复合镀层的结合性能显著提高,原因是微弧氧化膜的多孔性结构及其机械锁合效应。与Ti6Al4V合金相比,微弧氧化+化学复合镀处理后的试样硬度和耐磨性显著提高,Ti6Al4V合金表现为是严重的黏着磨损,而Ni-P-ZrO2复合镀层以磨砺磨损为主     

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.     

预先热处理对ZAlSi12Cu2Mg1铝合金微弧氧化层的影响

对ZAlSi12Cu2Mg1铝合金分别按T1和T6进行预先热处理,然后在NaOH-Na2SiO3电解液体系下进行表面微弧氧化,并对微弧氧化层的结构及性能进行分析.利用电涡流测厚仪测量氧化层的厚度,用显微硬度计测量氧化层截面的显微硬度,并进行截面形貌观察,用XRD分析氧化层相组成.结果表明：在微弧氧化前,该合金进行的预先热处理对后续的微弧氧化影响很显著;在合金表面获得了较厚的微弧氧化层,氧化层与基体互相镶嵌,并结合良好.氧化层主要由α-Al2O3、γ-Al2O3、Al、Al2SiO5及非晶相组成.经T6处理合金所获得的微弧氧化层的结构和性能优于经T1处理的.     

《材料保护》2009年第3期摘要及目次

配位剂(A,EDTA)对Ti6Al4V合金微弧氧化膜性能的影响为研究柠檬酸(CA)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA)对钛合金微弧氧化膜性能的影响,在含有Ca,P元素的溶液中对钛合金进行微弧氧化处理,对添加络合剂前     

高Al、Ti含量镍基高温合金激光、微弧火花表面熔焊处理研究进展及解决熔焊裂纹的途径

Al、Ti是镍基高温合金主要沉淀强化元素,随着Al、Ti含量的增加,镍基高温合金γ'-Ni3(Al,Ti)相体积百分数增加,高温强度增加,但是热裂纹敏感性也随之增加,如何利用熔焊工艺实现高Al、Ti镍基高温合金材料的表面无损伤熔焊处理一直是高Al、Ti镍基高温合金叶片与热端部件制造与再制造面临的难题.文中从高温合金表面熔焊修复与强化问题出发,着重介绍了高温合金焊接冶金问题及焊接性改善途径、激光与微弧火花两种低热输入熔焊工艺在高温合金表面修复与强化领域的研究与应用进展.分析表明:高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊处理的主要难题是其高的热裂纹敏感性,主要表现在焊接或焊后热处理过程中容易产生凝固裂纹、液化裂纹、应变时效裂纹,采用惰性气体保护、改变基体组织状态、使用低强度的合金焊料、降低热输入等措施可有效改善其焊接性;激光、微弧火花等低热输入焊接工艺在解决高Al、Ti镍基高温合金表面熔焊问题方面具有极大的潜力.     

工业设计用AZ91D合金的表面改性层性能研究

采用磁控溅射和微弧氧化法在工业设计用AZ91D镁合金表面制备了不同的改性层,研究了磁控溅射和微弧氧化时间对改性层物相组成、电化学性能和耐磨性能,并分析了相应地作用机理。结果表明,磁控溅射Ti层的主要物相为α-Ti和α-Mg,经过微弧氧化处理后,改性层中还形成了Mg2SiO_4相、锐钛矿型和金红石型TiO_2相;磁控溅射Ti层和不同时间微弧氧化改性层的耐腐蚀性都高于AZ91D合金基材,且当微弧氧化时间为4 min时改性层的腐蚀速率最低;磁控溅射Ti层和不同微弧氧化时间下改性层的耐磨性都高于AZ91D合金基材,且在微弧氧化时间为4 min时改性层取得了最佳的耐磨性。     

钛合金表面微弧氧化／水热处理复合陶瓷层的性能研究

对微弧氧化后的Ti6Al4V合金表面进行了水热处理,对处理后涂层的成分、形貌及其在Hank's模拟体液中的腐蚀性能进行了研究.试验结果表明:水热处理后,微弧氧化层中以无定形态钙磷酸盐存在的Ca、P元素转化为针状羟基磷灰石,厚度约为5μm,并在微弧氧化膜微孔边缘和底部优先生长.与微弧氧化层相比,水热处理后涂层的粗糙度明显下降,同时显微硬度下降约1/3.电化学腐蚀试验表明:微弧氧化显著改善了钛合金在模拟体液中的耐腐蚀性能;水热处理钛合金自腐蚀电位低于纯钛合金,但当处于人体电位0.4～0.6V(vs.SCE)范围时,微弧氧化/水热处理钛合金的腐蚀电流比纯钛合金低1个数量级.     

Al、Ti掺杂对Mg2Ni合金相结构稳定性的影响及其微观机理

采用第一性原理赝势平面波方法,研究元素Al和Ti掺杂对Mg2Ni储氢合金相结构稳定性的影响及其微观机理.结果显示:在掺杂浓度x＝0～0.5范围内,所形成的Mg2Ni型Mg2-xMxNi(M＝Al,Ti)固溶体合金的相结构稳定性随Al掺杂浓度的增大而增强,随Ti掺杂浓度的增大而减弱,且Mg2-xMxNi(M＝Al,Ti)固溶体合金相对于立方结构的Mg3MNi2(M＝Al,Ti)化合物呈现热力学不稳定性,极易分解成由立方结构Mg3MNi2(M＝Al,Ti)和六方结构Mg2Ni组成的复合相,计算结果与实验结果吻合.电子结构分析表明,Al、Ti掺杂Mg2Ni储氢合金的相结构稳定性与体系在低能级区的成键电子数密切相关.     

AZ91镁合金表面含Ti生物复合涂层结构及腐蚀学性能

采用冷喷涂法在AZ91合金表面预置纯Ti涂层,再采用微弧氧化对Ti涂层进行仿生生物改性.用SEM、XRD、EDS等方法分析涂层的组织结构,用动电位法测试涂层的腐蚀学性能.结果表明:冷喷涂预置Ti层厚度约100 μm,外表面形貌粗糙.微弧氧化处理后在Ti层表面产生微弧放电孔.生物改性层主要由Ti_2O_3组成,还含有少量钙、磷等物质.微弧氧化层有利于提高冷喷涂Ti层的生物学活性和致密性.含Ti复合涂层显著提高AZ91合金在模拟体液(SBF)中的自腐蚀电位(提高了约0.3 V),表明含Ti生物复合涂层具有良好的抗腐蚀性能.     

非阀金属的等离子体电解氧化研究进展

等离子体电解氧化技术通常用于Al、Mg、Ti等阀金属表面形成高性能陶瓷层,较少涉及非阀金属。主要介绍了碳钢、铜、锌及其合金等“非阀金属”的等离子体电解氧化技术的最新进展。列举了碳钢在不同的电解液成分、电参数、氧化时间等工艺参数条件下制备所得涂层的相关性能,阐述了碳钢在等离子体电解氧化过程中绝缘膜击穿优于气膜击穿的成膜理论。分析了铜及其合金在硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐及其混合电解液中的等离子体电解氧化行为,并探究了涂层的耐腐蚀和耐摩擦性能及形成机理。阐述了在不同的工艺参数下锌及其合金在耐腐蚀、耐摩擦、气敏传感和生物降解性的研究,并且论述了阀金属与非阀金属成膜的差异所在。最后,对非阀金属等离子体电解氧化技术后续的发展进行了展望。     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金微弧氧化生物活性膜层的制备、结构及性能

目的提升选区激光熔化成形(SLM)Ti6Al4V合金的生物活性。方法研究了不同电压对微弧氧化技术(MAO)在SLMTi6Al4V表面制备含钙磷生物陶瓷涂层的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量分散X射线光谱(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析和研究了不同电压下微弧氧化涂层的显微结构、组织和成分等性能,并通过接触角测量和模拟体液浸泡实验及后续的红外光谱分析(FT-IR)等检验涂层的生物活性。结果经过微弧氧化处理,SLM Ti6Al4V表面含一定比例的钙磷且与基体结合良好的涂层,涂层的主要物相为锐钛矿,涂层厚度、钙/磷含量以及锐钛矿组织含量均随电压的升高而增加。300 V电压制备的膜层,表面均匀,钙、磷的原子数分数分别为7.04%、9.65%。涂层截面质量均一,厚度适宜,为3.19μm,且随着涂层增厚,基体元素Ti含量下降,Ca、P和O元素的含量增加。300V电压制备的膜层润湿性相比SLM Ti6Al4V基体的更好,膜层在SBF溶液中浸泡35天后,钙、磷比由0.73增加到1.2,并有羟基磷灰石生成。结论 SLM Ti6Al4V通过微弧氧化技术制备生物活性膜层的最优电压为300 V,经过微弧氧化后的钛合金表面生物活性得到提升。     

氧化时间对Ti6Al4V合金微弧氧化膜结构及耐腐蚀性能的影响

在磷酸盐体系中采用恒压微弧氧化工艺对Ti6Al4V(TC4)合金进行微弧氧化,研究了不同氧化时间对微弧氧化膜层的表面形貌、硬度、粗糙度以及物相生成的影响,并对不同氧化时间的膜层耐腐蚀性能进行了测试。结果表明,随着微弧氧化时间的延长,氧化膜表面微孔径增大,膜层厚度与表面硬度值先增加后又降低,膜层由金红石、锐钛矿及钙磷化合物组成,且主晶相为钙磷化合物,金红石及钙磷化合物含量均随微弧氧化时间的延长而增加;微弧氧化膜层表面Ca/P摩尔比值为1.56,接近人体羟基磷灰石比值,O/Ti原子比值为2.0,膜层表面主要组成为Ti O2;微弧氧化膜层腐蚀电位逐渐减小,腐蚀电流逐渐增大。