微弧氧化制备CoO/Al_2O_3复合膜层及催化性能

采用电解液修饰法,利用微弧氧化技术直接在铝基体上制备CoO/Al2O3微弧氧化复合膜层,采用SEM和XRD观察并分析复合膜层表面、截面形貌和相组成,探讨了复合膜层形成机制及对甲基橙溶液催化降解作用。结果表明,微弧氧化复合膜层主要由Al2O3相和CoO相组成,且CoO沉积在Al2O3陶瓷层表面或者孔洞内;碱性电解液中添加Co(CH3COO)2生成Co(OH)2胶体,从而在热化学作用下分解为CoO,是形成CoO/Al2O3复合膜层的主要原因;室温常压下复合膜层催化10 h可使甲基橙溶液降解率达到96.4%。     

铝合金表面微弧氧化Cr2O3复合膜层的制备及表征

在微弧氧化液中添加Cr2O3微粒对6063铝合金进行微弧氧化,研究了电解液中Cr2O3的浓度和各项工艺参数对复合膜层膜厚及表面形貌的影响,并用SEM,EDS等手段对复合膜层的微观形貌及组成进行了表征。结果表明:膜层厚度及Cr2O3的复合量均随着溶液中Cr2O3的含量、电流密度、微弧氧化时间的增加而增加,电解液的pH值对复合沉积量也有影响;复合膜层表面含有大量Cr2O3微粒,且Cr2O3微粒已沉积到了氧化膜内部。     

DLC薄膜沉积对不同表面形貌的钛微弧氧化膜层摩擦学性能的影响

目的 在钛微弧氧化（MAO）膜层表面沉积类金刚石碳（DLC）薄膜,探索DLC薄膜沉积对不同表面形貌微弧氧化膜层摩擦学性能的影响。方法 在铝酸盐电解液体系中,通过改变微弧氧化时间（10、60 min）制备表面粗糙度与平均孔径不同的两种微弧氧化膜层MAO_10和MAO_60,而后利用磁控溅射技术在其表面沉积DLC薄膜,获得MAO/DLC复合膜层。通过白光共聚焦显微镜、CSM球盘式摩擦磨损试验机、Mahr轮廓仪和扫描电子显微镜等实验设备,对膜层的表面粗糙度、微孔尺寸、摩擦系数、磨损率和磨痕形貌等进行观察和分析。结果 微弧氧化时间增加导致MAO膜层的表面粗糙度增大,表面微孔数目下降但平均孔径增大。DLC沉积可以在MAO_10膜层表面形成较好的DLC覆盖层,但在粗糙度较高和孔径较大的MAO_60膜层表面呈现出明显的不连续分布。MAO/DLC复合膜层的粗糙度和平均孔径明显低于MAO膜层。摩擦学性能测试表明,MAO_10/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率相比于MAO_10膜层均明显下降,MAO_10膜层和MAO_10/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.85和0.24,磨损率分别为12.76×10-6 mm3/(N?m)和3.71×10-6 mm3/(N?m);MAO_60/DLC复合膜层的摩擦系数和磨损率则与MAO_60膜层比较接近,MAO_60膜层和MAO_60/DLC复合膜层的稳定摩擦系数分别为0.77和0.67,磨损率分别为68.02×10-6 mm3/(N?m)和61.81×10-6 mm3/(N?m)。结论 在表面较平整且平均孔径较小的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时,所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中可以形成较为连续的润滑层,其摩擦学性能良好。相反,在表面粗糙和平均孔径较大的钛微弧氧化膜层表面沉积DLC薄膜时,所得MAO/DLC复合膜层在摩擦过程中难以形成连续的润滑层,其摩擦学性能较差。     

基于微/纳二元结构镁合金超疏水膜层的制备

利用微弧氧化技术在镁合金表面制备微米级粗糙结构,采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理,再利用全氟硅烷改性,制备得到具有超疏水性的复合膜层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、高速摄影系统和电化学工作站评价膜层的形貌结构、润湿性和耐蚀性。结果表明:微弧氧化层所具有的微米级结构和纳米二氧化硅颗粒组成的微/纳二元粗糙结构对疏水性的提高具有重要作用;复合膜层表面的接触角随二氧化硅分散液浓度的提高呈现先增加后减小的趋势,并最终逐渐稳定在150°左右;当二氧化硅分散液溶度为10 g/L时,复合表面的接触角最大可达161°。同时该表面对水滴呈现低黏附特性。动电位极化曲线表明:与镁合金基底相比,微弧氧化层和复合膜层的耐蚀性提高2~3个数量级。     

纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层制备及抑菌性

目的采用多种表面技术复合在纯镁表面制备了功能性生物复合膜层,以调控医用纯镁降解速度,赋予纯镁内固定材料的抑菌性和生物活性。方法分别通过纯镁微弧氧化,电镀壳聚糖、海藻酸钠,化学镀铜等方法,制作不同复合膜层,分别为纯镁微弧氧化膜层(A组)、纯镁微弧氧化-壳聚糖复合膜层(B组)、纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠复合膜层(C组)、纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠/壳聚糖复合膜层(D组)和纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层(E组)。采用扫描电子显微镜分析膜层的微观形貌,测定润湿角,将材料与大肠杆菌共同培养,计算抑菌率。结果 A组表面有很多微孔和少量微裂纹,B组表面的微孔和微裂纹减少,C组的微孔和裂纹基本消失,D组和E组表面的微孔裂纹消失并出现微网状结构。A组和E组为亲水性膜层,C组为疏水性膜层,B组和D组的膜层接近疏水性。A组抑菌率最低,B、C、D组的逐渐增高,分别为26%、30%、61%,E组的抑菌率高达88%。结论纯镁微弧氧化-壳聚糖/海藻酸钠载铜复合膜层有封孔和愈合裂纹的作用,具有较好的抑菌性。     

氧化石墨烯调控GO/TiO2陶瓷膜层自封孔效应研究

自封孔是提高微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性等综合性能的重要技术之一。针对物理封孔因封孔剂稳定性和膨胀作用限制膜层服役安全性等问题,本论文利用氧化石墨烯电性调控微弧氧化陶瓷膜层孔结构,制备具有减摩效应的GO/TiO₂微弧氧化自封孔陶瓷膜层,研究了氧化石墨烯浓度对微弧氧化陶瓷膜层孔结构和减摩性的影响。研究发现,通过氧化石墨烯改变电解液导电性等参数影响反应过程,从而实现对GO/TiO₂陶瓷膜层孔结的调控。氧化石墨烯浓度为5g/L时制备出了孔隙率、孔径和平均摩擦系数分别为3.6%、2.5μm和0.1的自封孔陶瓷膜层,相较于传统微弧氧化膜层分别下降了83.2%、78.4%和87.5%。研究认为通过控制氧化石墨烯浓度可以实现对微弧氧化陶瓷膜层表面孔结构的调控,为制备具有减摩效应的自封孔微弧氧化膜层提供了新思路。     

α-Al2 O3微粒对铸造Al-Si合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

目的通过共生沉积技术将α-Al2O3微粒引入到铸造Al-Si合金微弧氧化膜中,并研究其对膜层耐蚀性的影响。方法利用SEM和XRD分析α-Al2O3微粒对微弧氧化膜微观结构及成分的影响。通过极化曲线、交流阻抗谱及中性盐雾试验评价膜层的耐蚀性。结果α-Al2O3微粒复合改变了微弧氧化膜的组成及结构。微弧氧化膜呈双层结构,表面存在大量微孔,主要组成为γ-Al2O3;加入α-Al2O3微粒后,微弧氧化复合膜的表面微孔大幅减少,致密度提高,且膜层中α-Al2O3相增多。此外,α-Al2O3微粒复合改善了微弧氧化膜的耐蚀性。微弧氧化膜在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中的自腐蚀电流密度约为1.476×10-5A/cm2,多孔层电阻Rp及阻挡层电阻Rb分别为0.259 kΩ·cm2及69.18 kΩ·cm2,耐盐雾试验时间为1200 h。加入α-Al2O3微粒后,微弧氧化复合膜的自腐蚀电流密度仅为微弧氧化膜层的28%,Rp大幅增加至274.5 kΩ·cm2,且Rb也上升了一个数量级,耐盐雾试验时间可达1440 h。结论α-Al2O3微粒的引入可以大幅提高铸造Al-Si合金微弧氧化膜的耐蚀性。     

稀土铈掺杂石墨烯对7050铝合金微弧氧化膜层结构与性能的影响

采用微弧氧化(MAO)技术,以硅酸盐为主要电解液成分,通过加入稀土元素铈以及石墨烯添加剂,在7050高强铝合金表面制备微弧氧化膜层。利用扫描电镜(SEM)、体视显微镜、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机以及电化学工作站研究微弧氧化陶瓷膜层的形貌、粗糙度、相组成和元素分布以及耐磨性和耐蚀性。结果表明:同时加入4 g/L CeO2和10 g/L的石墨烯制备的复合膜层表面微孔尺寸明显降低,结构致密,耐磨性较好,粗糙度最低(1516.03 nm),膜层主要由α-Al2O3和γ-Al2O3组成。且此时的复合膜层自腐蚀电位最大,自腐蚀电流最小,耐腐蚀性最佳。     

镁合金表面微弧氧化/自组装复合膜的耐蚀性能

目的 提高镁合金基体的耐蚀性能.方法 采用微弧氧化工艺对镁合金进行预处理,再通过自组装技术处理,在镁合金表面制备微弧氧化/十六烷基三甲氧基硅烷自组装复合膜层.通过SEM、EDS对复合膜的微观组织结构进行分析,并通过XPS、拉曼光谱分析了复合膜的表面成分,利用电化学阻抗谱、极化曲线、盐雾实验和浸泡实验检测了复合膜层的耐腐蚀性能.结果 复合膜均匀覆盖在镁合金表面,且复合膜较为光滑,主要含有C、O、F、Si等元素.经过自组装处理后,膜层从亲水性转为疏水性,接触角达到145.07°.经电化学性能测试,复合膜的Rct值能达到2.242×106?·cm2,与微弧氧化膜相比,增大了2个数量级;此外,复合膜的腐蚀电流密度为1.314×10-8 A/cm2,与微弧氧化膜相比也降低了2个数量级,具有较好的耐腐蚀性.浸泡120 h后,复合膜的腐蚀电流密度仍有1.061×10-5 A/cm2,盐雾实验进行120 h也没有出现明显的腐蚀现象.结论 自组装技术明显提高了镁合金基体的耐蚀性能,微弧氧化膜在一定程度上增强了自组装膜层对基材的粘附力.由于复合膜的疏水性使得水滴在膜层表面停留的时间减少,所以膜层的耐蚀性会随着疏水性增大而大大提高.     

Ti6Al4V合金微弧氧化/Cr2O3复合膜的生长特征与摩擦学性能

在电解液中加入Cr2O3微粒,以共生沉积方式在Ti6Al4V表面制备微弧氧化/Cr2O3复合膜。利用SEM、XRD、EDS等研究复合膜的生长规律及Cr2O3微粒的沉积方式,通过摩擦试验分析不同生长阶段的复合膜的摩擦磨损性能。结果表明:在0~30min内,复合膜呈近线性增长,之后生长速率明显变缓,膜层表面也出现了大块Cr2O3团聚体。复合膜主要由金红石TiO2、锐钛矿TiO2及Cr2O3相组成。随氧化时间的延长,锐钛矿TiO2逐渐减少,金红石TiO2含量先增加后趋于稳定,而Cr2O3的衍射峰一直增强,复合膜的耐磨性也先增后降;氧化20min时,复合膜的耐磨性最好,摩擦系数最小,仅为0.05~0.2。在微弧氧化过程中,Cr2O3微粒或直接吸附在熔融态的氧化膜表面,或被捕捉、锁定到氧化膜的表面微孔中;也有部分Cr2O3微粒被高温放电产生的熔融物裹覆并一起遇冷凝固到氧化膜中。     

添加剂C6H12N4对6063铝合金微弧氧化黑色陶瓷膜结构与性能的影响

用硅酸盐-磷酸盐的复合溶液体系对6063铝合金进行微弧氧化,获得颜色均匀的黑色陶瓷膜。研究了添加剂(C₆H₁₂N₄)对膜层的表面形貌、成分、组织结构、黑度、附着力、粗糙度和耐蚀性的影响。结果表明,添加剂使微弧氧化膜层黑度增加,膜层均匀性和附着力显著提高,粗糙度降低,但膜层的相组成不变,均为γ-Al₂O₃和Al₈₆V₁₄。含添加剂的体系获得的微弧氧化膜层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电流密度相比无添加剂的体系获得的黑色膜层有很大程度的降低。     

碳钢熔-钎焊层表面微弧氧化陶瓷层的制备

目的 在碳钢表面制备结合强度较高的微弧氧化陶瓷层。方法 采用铝-钢熔钎焊技术,在Q235钢表面获得具有较高结合强度的铝层,再通过微弧氧化在铝层表面生成氧化物陶瓷层。结果 通过添加ER4043焊丝作为钎料,金属间化合物层主要由[Al,Fe,Si]相、Al8Fe2Si相和少量的Al13Fe4相组成,平均厚度为7 μm,铝层与Q235钢的结合强度达到181 MPa。在2 g/L KOH+4g/L Na2SiO3?9H2O电解液中,陶瓷层由疏松层和致密层组成,主要成分为α-Al2O3和γ-Al2O3,且γ-Al2O3相含量较高,微弧氧化过程中电解液中的氧、硅元素都参与了反应。微弧氧化过程中,陶瓷层厚度随着时间的增加而增加,20 min后,试样表面放电孔洞呈“火山口”状,孔洞孔径随着时间的增加而增加。不同频率下,陶瓷层表面均存在少量裂纹,并且裂纹都产生在“火山口”状放电孔洞附近,同时随着频率的增加,陶瓷层表面孔洞孔径减小,陶瓷层厚度增加,但当频率到达600 Hz后,陶瓷层厚度变化不再明显。结论 采用铝-钢熔钎焊技术,铝层与钢基体结合强度远高于其他复合技术中铝层和钢基体的结合强度,对于解决钢铁材料表面微弧氧化陶瓷层容易剥落的问题具有一定的意义。微弧氧化过程中,陶瓷层厚度不断增加,提高微弧氧化频率,陶瓷层致密性提高。     

TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜的膜层结构及摩擦磨损行为

目的通过微弧氧化共沉积工艺,获得摩擦磨损性能优良的微弧氧化-SiC复合膜。方法在硅酸钠-六偏磷酸钠-钨酸钠-多聚磷酸钠体系的微弧氧化电解液中加入2.0 g/L SiC微粒,以直流脉冲模式制备TC4钛合金微弧氧化-SiC复合膜。利用KH-7700型三维视频显微镜、XRD、SEM,对复合膜的表面、截面微观形貌和结构进行了观察分析,采用CFT-1型显微磨损试验仪检测了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果 SiC复合膜层中的微孔数量明显少于不含SiC相的氧化膜层,复合膜表面分布着SiC相、金红石、锐钛矿TiO_2相、Al2Ti O5相以及非晶态的P、Si、W化合物。在干摩擦磨损条件下,微弧氧化-SiC复合膜的摩擦系数为0.26,比磨损率为0.72×10~(-6) mm~3/(N·m),微弧氧化-SiC复合膜只发生轻微的粘着磨损和磨粒磨损。结论得到了摩擦磨损性能优良的复合膜,复合膜中的SiC新相改变了氧化膜的表面形貌,降低了复合膜的摩擦系数和磨损率。     

AZ91镁合金表面微弧氧化与磁控溅射镀铜复合处理层的微观组织与性能

采用微弧氧化技术在AZ91镁合金表面制备陶瓷涂层,然后在该涂层表面通过磁控溅射镀铜技术制备复合膜层。研究了微弧氧化陶瓷层和复合膜层的表面物相组成、表面粗糙度、表面及截面形貌、表面润湿性及电化学性能。结果表明:AZ91镁合金经微弧氧化处理后由于微弧氧化陶瓷层呈微纳粗糙多孔结构,表现为亲水特性,其物相由MgO、Mg及Mg_2SiO_4组成;而微弧氧化陶瓷层经磁控溅射镀铜处理后表面获得较为致密的具有疏水特性的铜层,表面粗糙度降低;四探针测试结果说明复合膜层的方阻为16.2 m?·~(-1),导电性良好;动电位极化曲线测试结果说明复合膜层与基体镁合金相比,其腐蚀电流密度降低10%,腐蚀电位提高了约0.36 V,腐蚀极化电阻提高约80倍;与微弧氧化陶瓷层相比,复合膜层的腐蚀电位提高了约0.24 V,但其腐蚀电流密度和腐蚀极化电阻有所下降。研究结果表明,微弧氧化与磁控溅射镀铜相结合的复合处理技术可在不降低镁合金陶瓷层耐蚀性的基础上显著提高其表面的导电性能。     

Ba0.5Sr0.5TiO3铁电薄膜的微弧氧化成膜研究

以0.2 mol/L Ba(OH)2+0.2 mol/L Sr(OH)2溶液为电解液,采用微弧氧化法,在Ti板表面原位生长铁电薄膜,并对薄膜的物相构成、元素分布情况、截面结构及介电性能进行表征。结果表明:该工艺下制备的薄膜主要由四方相Ba0.5Sr0.5TiO3构成,薄膜致密层内,Ba,Sr,Ti和O元素分布都较均匀,但在微弧氧化孔洞附近存在含量波动;该薄膜在1 kHz下的介电常数较优,为411.3。最后对微弧氧化沉积铁电薄膜的成膜过程进行了分析,提出了微弧氧化过程中可能存在的化学反应。     

脉冲频率对医用钛合金微弧氧化膜微观结构和性能的影响

在Na2Si O3溶液体系中利用微弧氧化法制备钛合金微弧氧化陶瓷层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、UNMT-1材料表面微纳米力学测试系统等技术手段研究不同脉冲频率下陶瓷膜的表面形貌、组成、微观摩擦磨损性能和耐蚀性能。结果表明:膜层表面有大量微孔,膜层主要由锐钛矿相和金红石相Ti O2组成。随脉冲频率的升高,陶瓷膜表面孔隙率先增大后减小、平均孔径先减小后增大,膜层厚度逐渐减小。在脉冲频率为700 Hz时,膜层表面平整、孔隙分布均匀,孔隙率达到最大值、平均孔径达到最小值,其数值分别为11.04%和0.86μm,此时,膜层耐磨性和耐蚀性较好。     

纳米 α-Al2O3添加剂对铝合金微弧氧化膜层性能的影响

目的探究微弧氧化电解液中纳米α-Al2O3的浓度对铝合金微弧氧化膜层组织和性能的影响。方法在硅酸盐体系电解液中加入1~5 g/L纳米α-Al2O3,微弧氧化获得不同的陶瓷膜层,对膜层的微观结构、厚度、硬度和耐腐蚀性能进行分析。结果膜层的主要组成相为α-Al2O3、γ-Al2O3和SiO2。当纳米α-Al2O3添加量为3 g/L时,膜层表面微裂纹少,孔隙率小,厚度达70μm,硬度为513HV,耐腐蚀性能好。结论硅酸盐电解液中加入纳米α-Al2O3,能够改善铝合金微弧氧化膜层的综合性能。     

氟离子浓度对镁合金微弧氧化膜层形成影响规律

在含有不同氟离子浓度的硅酸钠电解液体系中,采用恒压微弧氧化技术对AZ31镁合金进行表面处理,通过XRD、SEM、EDS等研究镁合金表面微弧氧化膜层形貌和相结构特征,探讨氟离子对膜层形成的影响规律。研究结果表明:随着氟离子浓度的增加,膜层微孔数量逐渐减少,微孔孔径逐渐变大且分布均匀,但氟离子浓度过高时,膜层缺陷增多,出现微裂纹和局部孔径较大的微孔;微弧氧化膜层主要由MgAl2O4和MgSiO3组成,其含量随着氟离子浓度的变化而变化,当氟离子浓度范围为2～4 g/L时微弧氧化膜中MgAl2O4和MgSiO3的含量最高;动电位极化曲线表明微弧氧化膜的耐腐蚀性能也随之呈先增后减的趋势。     

硅酸钠浓度对Ti3Al基合金微弧氧化层生长及其摩擦磨损性能的影响

目的 研究硅酸钠溶液浓度对Ti3Al基合金表面制备微弧氧化膜层结构的影响,以提高Ti3Al基合金微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。方法 采用恒流模式微弧氧化电源,分别在6、8、10 g/L的Na2SiO3电解液中,对Ti3Al基合金试样进行微弧氧化处理,用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、Image J软件、X射线衍射仪（XRD）及显微硬度仪,分析微弧氧化膜层的表面形貌和截面形貌、元素分布、厚度、相组成以及表面硬度。用CFT-I 型磨损试验机研究不同微弧氧化膜层的摩擦磨损性能。结果 随着Na2SiO3浓度的增加,微弧氧化的工作电压与起弧电压均逐渐减小。微弧氧化层表面呈多孔状,存在熔融物堆积导致的环状凸起。随着Na2SiO3浓度的增加,氧化层表面微孔直径减小,膜层逐渐增厚。微弧氧化膜层主要Al2O3、SiO2、TiO2、Nb2O5以及Al2SiO5相组成,微弧氧化处理明显降低了Ti3Al基合金的摩擦系数和磨损率。电解液Na2SiO3质量浓度为10 g/L时,微弧氧化膜层的平均摩擦系数为0.49,磨损率仅为2.1×10-7 mm3/(N?mm),主要表现为微切削磨损与轻微的粘着磨损。结论 随着硅酸钠浓度的增加,有利于提高微弧氧化膜层的形成速率,缩短反应时间。微弧氧化处理能够显著改善Ti3Al基合金的耐磨性。     

TC4钛合金表面微弧氧化原位生长自润滑MoS2/TiO2膜层研究

钛合金表面减摩涂层的设计和制备是提升钛合金构件耐磨性能、保障服役安全的重要技术之一。针对于目前钛合金减摩涂层中减摩剂分散不均匀,易于团聚导致膜基结合力差等问题,本论文采用一步微弧氧化技术在TC4合金表面原位生长纳米MoS2颗粒,制备具有减磨作用的MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;讨论了原位反应中硫源添加量对膜层微观结构及耐磨性能的影响。结果表明：以Na2S和Na2MoO4分别为硫源和钼源在TC4合金表面通过微弧氧化制备出了MoS2/TiO2复合陶瓷膜层;通过控制Na2S浓度可以原位生成具有小尺寸、均匀化分布的纳米MoS2颗粒,并实现对MoS2含量和形态的调控。随着Na2S浓度的增加,膜层结构逐渐致密化且表面粗糙度较低,当添加量到达60g/L时,由于硫沉淀作用导致膜层开始疏松,粗糙度增加。由于膜层表面和内部均存在均匀化分布且具有自润滑作用的MoS2颗粒,所得膜层耐磨性较传统微弧氧化膜层或直接添加MoS2颗粒所得膜层分别提高了395.4%、129.4%;同时,膜基结合力较传统微弧氧化提高了87.1%,达到了723.8N,说明了该技术在保证良好的自润滑效果同时改善了膜基结合力。该研究结果可以为钛合金耐磨涂层设计和制备提供新思路和研究方法。