Ag和Ta离子双注入Ti6Al4V合金表面改性

采用先注入1×1017ion/cm2Ag离子,注入能量为64.2keV;后注入1.5×1017ion/cm2Ta离子,注入能量为146.5keV对Ti6Al4V合金进行离子双注入表面改性。采用X射线衍射分析离子双注入前后Ti6Al4V合金表面的物相;利用X射线光电子能谱研究离子双注入前后Ti6Al4V合金表面元素化合态以及离子双注入Ti6Al4V合金表面元素浓度沿深度方向的分布。结果表明,离子双注入前后Ti6Al4V合金表面都被氧化了,离子注入前合金表面存在TiO、Ti2O3和Al2O3,离子双注入后Ti6Al4V合金表面有TiO2、Ta2O5、TaOx和AgO2新相生成,且在表面还存在少量V2O5和Al2O3。离子双注入合金表面生成的氧化物层形成了扩散阻挡层,阻挡铝离子和钒离子向外扩散,从而减少Ti6Al4V合金表面铝离子和钒离子的释放量。     

Ti6Al4V合金等离子体基氧离子注入层的层状结构

采用等离子体基氧离子注入技术对Ti6Al4V合金进行表面改性。注入负脉冲电压分别为10、20、30、40、50kV，注入剂量为0．6×10^17ions／cm^2。用XPS分析了注氧层中元素的分布和化学态。结果显示，注入电压增加，氧的浓度深度分布增加。注入氧元素的浓度深度分布曲线不同于束线式注入氧元素的类高斯分布，表面氧浓度最大，随着深度的增加出现一个略倾斜的氧浓度平台，该平台的宽度随注入电压增加而增加。氧离子注入引起基体元素Ti、Al、V的浓深分布发生变化，近表面区域Ti的原子百分含量减少，Al的含量增高，而V未检测到。并且随着注入电压的增加，近表面区域富集Al的浓度明显增加，富Al贫V的区域也明显加大。注入样品的改性层具有相似的层状结构，由表及里依次为表面污染层、TiO2和Al2O3组成薄的外层、内层在改性层中占的比例最大，由TiO2、Ti2O3、TiO、Ti、Al、Al2O3．V和VO组成。     

Ti6A14V合金等离子体基氧离子注入层的层状结构

采用等离子体基氧离子注入技术对Ti6A14V合金进行表面改性.注入负脉冲电压分别为10、20、30、40、50kV,注入剂量为0.6×1017 ions/cm2.用XPS分析了注氧层中元素的分布和化学态.结果显示,注入电压增加,氧的浓度深度分布增加.注入氧元素的浓度深度分布曲线不同于束线式注入氧元素的类高斯分布,表面氧浓度最大,随着深度的增加出现一个略倾斜的氧浓度平台,该平台的宽度随注入电压增加而增加.氧离子注入引起基体元素Ti、Al、V的浓深分布发生变化,近表面区域Ti的原子百分含量减少,Al的含量增高,而V未检测到.并且随着注入电压的增加,近表面区域富集Al的浓度明显增加,富Al贫V的区域也明显加大.注入样品的改性层具有相似的层状结构,由表及里依次为表面污染层、TiO2和Al2O3组成薄的外层、内层在改性层中占的比例最大,由TiO2、Ti2O3、TiO、Ti、Al、Al2O3,V和VO组成.     

空气等离子体基注入Ti6Al4V合金摩擦学性能研究

采用空气等离子体基离子注入技术对Ti6Al4V合金进行了表面改性。注入负脉冲电压分别为10kV,30kV,50kV,注入剂量为0.6×1017ions/cm2。用X射线光电子能谱仪对注入层元素分布进行了分析,结果表明:改性层的外层为TiO2,外层与内层基体之间存在Ti2O3、TiO、TiN;采用球盘磨损试验机对注入层的摩擦学性能进行了研究。结果表明:随着注入电压的增加,摩擦因数减小,耐磨性能提高。且以50kV注空气最为显著,摩擦因数较基体降低了3倍多,磨损体积与比磨损率较基体均下降了1个数量级以上。注入层硬度比基材Ti6Al4V也有明显提高。     

Ti50Al和Ti45Al8Nb合金高温初期氧化行为

利用SEM、XPS和AES研究了Ti50Al和Ti45Al8Nb(原子分数,%)合金在900 ℃空气中的初期氧化行为.结果表明:Nb的加入显著提高了合金的抗氧化性.氧化90 min后,Ti50Al合金表面为粗大的富TiO2颗粒,冷却过程中部分表层氧化膜脱落,脱落后内层为多孔、疏松的Ti和Al的混合氧化物(可能有氮化物);Ti45Al8Nb合金表面生成很薄的氧化膜,其外层为细小富Al2O3颗粒,Nb只存在于内层(富TiO2层)和混合层,在外层Al2O3内没有发现,Nb5 取代TiO2中的Ti4 ,降低氧空位浓度从而减慢氧的向内扩散,抑制TiO2的生成,同时促进了外层纯Al2O3层的形成,该层阻碍氧以及合金元素的进一步扩散.     

空心阴极放电复合稀土氧化物对Ti6Al4V合金离子渗氮组织及性能的影响

目的 改善Ti6Al4V合金的耐磨和耐蚀性能,探究辅助渗氮手段的引入对Ti6Al4V合金离子渗氮组织和性能的影响。方法 利用空心阴极放电(Hollow Cathode Discharge,HCD)及稀土氧化物(Y2O3纳米颗粒)辅助在720 ℃对Ti6Al4V合金进行4 h离子渗氮处理。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度测试仪、往复式摩擦磨损实验仪以及电化学工作站,对比研究常规离子渗氮、HCD辅助离子渗氮以及HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮3种条件下Ti6Al4V合金的渗氮组织和性能。结果 HCD复合稀土氧化物辅助离子渗氮条件下,Ti6Al4V合金表面生成约126 μm厚的渗氮层,分别是常规离子渗氮条件和HCD辅助离子渗氮条件的3.1、2.4倍。化合物层中,TiN含量显著增加,渗氮层表面硬度达到1 067.9HV0.05。渗氮层整体硬度明显提高,且硬度梯度降低。Ti6Al4V合金的摩擦系数从常规离子渗氮时的0.4降至0.2。同时,TiN含量的提高,使Ti6Al4V合金在3.5% NaCl溶液中的自腐蚀电流降低,极化电阻增大,耐蚀性能得到改善。结论 HCD复合Y2O3辅助可显著提高氮势,促进氮向Ti6Al4V合金内快速扩散,提高合金的硬度,改善合金的耐磨性能和耐蚀性能。     

Ti14合金半固态下的氧化行为研究

半固态氧化温度升高，氧化增重急剧增加。Ti14合金经半固态氧化后，氧化皮仅为TiO2，不存在任何形式的Cu的氧化物，这是Cu的氧化物挥发的结果。1050℃后，因为CuO的挥发，导致增重有降低的现象。Ti14合金半固态氧化后，氧化层分为3个层次，最外层为疏松的TiO2(在1100℃以上时已经基本脱落)；次外层为比较致密的TiO2和Al2O3，该层以Al2O3为主；再次层由较疏松的TiO2及Cu的氧化物组成，该层中以TiO2为主。Ti14合金半固态氧化后，因为低熔点相Ti2Cu的存在，熔化晶界成为氧向基体扩散的优先通道。半固态下钛合金不具有任何抵抗氧化的能力。     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

Mn和V对TiAl合金热腐蚀的影响

Mn和V对TiAl金属间化合物在900℃(Na，K)2SO4熔盐中热腐蚀行为的影响有所不同．TiAl合金中加入Mn后，最外层的腐蚀产物为以Al2O3为主、另有少量TiO2的混合物；内层是Al，Ti和Mn的混合氧化物以及Ti的硫化物．加Mn在一定程度上减弱了TiAl合金的耐蚀性TiAl和TiAl-Mn合金中加入V后耐蚀性明显变差，最外层腐蚀产物以TiO2为主，并含有少量Al2O3和微量的V2O5，腐蚀层中的V2O5引起Al2O3的酸性溶解，因而不能形成保护性的Al2O3层，形成的TiO2和Al2O3混合膜的黏附性差，较易剥落。     

铝合金表面氮和钛等离子体基离子注入改性层XPS研究

用XPS(X射线光电子能谱 )和GXRD(小掠射角X射线衍射 )研究了铝合金等离子体基离子注入氮再注入钛最后复合注入氮和钛改性层的成分分布及相结构 ,并用Gaussian Lorentzion峰位拟合方法分析了改性层中不同深度处各元素的化学态及其在相结构中的分布。结果表明 ,复合改性层的表层有较高浓度的氮和钛 ,次表层有较高浓度的钛及一定浓度的氮 ,铝 /钛界面有较宽的过渡区 ,基体中氮呈高斯分布。改性层主要由TiN ,TiO2 ,α Ti,TiAl3 ,Al2 O3 和AlN等组成 ,氮和氧还以固溶态的形式存在。最表层含有大量TiN及部分TiO2 ;次表层含有大量α Ti及许多TiN ;过渡层由TiO2 ,TiN ,TiAl3 ,Al2 O3 和AlN等组成 ;注氮层包括AlN ,Al2 O3 及α(Al)。各元素在相应相结构中的浓度分布与其成分深度分布基本相似。     

Growth mechanism of black ceramic layers formed by microarc oxidation

Black ceramic layer containing V₂O₃ was obtained on aluminum alloy surface by microarc oxidation. When ammonium metavanadate (NH₄VO₃) with a 6g/L concentration was added into the commonly used (NaPO₃)₆ and Na₂SiO₃ solution, obtained ceramic layers change from white appearance to black. Surface and cross-section morphology of the ceramic layer were revealed by SEM. In-layer concentration and chemical state of vanadium were investigated by EDS and XPS, respectively. Layer thickness was measured by eddy current thickness meter. Compared with inner sublayer, an outer sublayer with a thickness of approximate 4μm formed on the surface which shows higher vanadium concentration. It is proposed that the V₂O₃ formed in this sublayer causes the obtained black appearance. During the microarc oxidation process, VO₃⁻ contained in the solution adsorbed on the surface of metastable oxide phases and transit to vanadium oxide by the instantaneous high temperature in the heat-affected zone of microarc. It is found that the growth of the black ceramic layer has two different stages. At the first stage the micro-zones containing vanadium are formed and expanded. After the microarc oxidation processing was started for 3min, the adsorption of VO₃⁻ on the metastable oxides plays a primary role in the growth of the black ceramic layers.     

钛膜表面阳极氧化层制备及表征

为了研究钛膜表面阳极氧化层对吸附和解吸氢同位素特性的影响,需制备和表征钛膜表面阳极氧化层.设计了钛膜表面阳极氧化装置,确定了制备厚度不同的氧化层的阳极氧化工艺参数,其工艺简单、易操作;并对阳极氧化层进行了AES深度剖析和XPS化合价分析.其结果如下:在确定的工艺参数下,设计加工的阳极氧化装置能够制备出表面呈彩色的阳极氧化层,而且表面平整、光滑、均匀,与基体金属结合牢固;采用AES深度剖析确定了阳极氧化层的厚度,而且在其它条件相同时,获得阳极氧化层的厚度随着电压、H2SO4浓度和时间的增加而明显变厚的规律;采用XPS研究了阳极氧化层钛的主要价态为 4、 3和 2价,氧化层主要组成为TiO2、Ti2O3和TiO.     

In Vitro Corrosion Behavior and Apatite Growth of Oxygen Plasma Ion Implanted Titanium Alloy β-21S

Titanium alloy beta 21S was implanted with oxygen ions by plasma immersion ion implantation. The implanted surface was characterized by micro-Raman, XPS and FESEM before and after potentiodynamic polarization and electrochemical impedance studies in Hanks’ solution and after incubation in Hanks’ solution for 1 and 7 days. The investigations show that the native oxide on the sample is replaced by a compact oxide by implantation and the new oxide layer behaves in a different way in that a two layer model is required to explain the observed electrochemical impedance data. The analysis of layers formed in the electrochemical studies and after incubation in Hanks’ solution by XPS and FESEM shows that the new oxide surface is capable of inducing apatite growth on it.     

T91钢高温水蒸汽氧化层形成机理研究

为了研究T91钢高温高压水蒸汽条件下锅炉管道内壁氧化层的形成机理,对T91钢锅炉再热器管内壁高温高压水蒸汽条件下的氧化层形貌进行观察,利用X-Ray物相分析仪测试氧化层的物相结构.结果表明:T91钢在高温高压水蒸汽环境下产生的氧化皮内层为极薄且含有大量阳离子空位的单相无晶界CrFe 2O 4(阳离子空位约为37%)非晶体结构:中层为较厚的单相CrFe 2O 4细等轴晶和在其上生长的粗柱状晶结构:外层为Fe 3O 4-Fe 2O 3的细等轴晶和在其上生长的粗柱状晶结构.     

Ce对Fe-Cr合金高温氧化行为的影响

Fe-15Cr 和 Fe-30Cr 合金在1000至1200℃空气中氧化时,表面富铁氧化伤的发展导致保护性Cr_2O_3层衰退,氧化速率增大。添加 Ce 可延迟衰退过程的发生,从而大幅度减低氧化速率。随氧化温度和合金成份变化,Cr_2O_3层衰退的开始时间和发展特征随之改变,Ce 对氧化行为的影响因而呈现出规律性的变化。研究发现,合金中 Cr 的内氧化使 Cr_2O_3层形成小舌包卷合金并使其氧化成富铁氧化物。这是Cr_2O_3层衰退的原因之一。含 Ce 合金中 Ce 的优先内氧化则降低自氧化层进入合金的氧浓度,抑制Cr 的内氧化。氧浓度降低还能促进 Si 的内氧化物在氧化层/合金界面集聚。     

不同电位-pH条件下钼的表面膜的XPS和AES研究

采用 X 射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)方法分析了钼在不同溶液及不同电位-pH 条件下所生成的表面膜。结果表明:(1)在低电位区生成的钝化膜是一种低价(很可能是4价)的氧化物或水合氧化物,在无氧溶液中稳定,膜极薄但保护性很好;(2)在较高电位的过钝化区所生成的表面膜的最终稳态物质是无水 MoO_3;(3)在 FeCl_2溶液中较高电位的第二钝化区中所生成的表面膜,其外层为 Fe_2O_3,内层则可能是由 FeMoO_4组成。AES 和XPS 分析结果证实了本文作者之一(杨武,与 A.Pourbaix 先生合作)早先绘制的 Mo-H_2O系电位-pH 平衡图以及所提出的在钢的局部腐蚀发展过程中钼的阻蚀作用机理的有效性。     

硫碳氮共渗及稀土的作用

在渗剂中不加稀土和加入不同量稀土的条件下，对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢进行了硫碳氮共渗试验。用金相法和显微硬度法测定了硫碳氮共渗动力学曲线。利用二次离子质谱仪和Ｘ射线光电子能谱仪，对稀土在试样表面分布与存在状态进行了研究。结果表明，适量稀土对硫碳氮共渗具有明显的催渗作用；稀土能渗入钢中，渗入试样表面的稀土以氧化物和固溶态的形式存在；稀土通过促进碳氮硫原子在表面的吸附及破坏表面氮化层，清洁界面，加速硫碳氮共渗     

镁合金环保型阳极氧化工艺研究

通过环保型阳极氧化工艺在MB2镁合金表面获得了表面质量良好的银灰色氧化膜层,用金相显微硬度计、扫描电镜和X射线衍射等表面分析手段,研究了氧化膜层的显微硬度、截面形貌和相结构,并采用动电位扫描的电化学方法考察了氧化膜的耐腐蚀性能.结果表明：氧化膜层的主要成分为MgO、MgAl2O4、Al2O3;膜层具有多孔结构,孔径较为均匀,分为内外两层,外层为疏松层,内层为与基体结合牢固的致密层;阳极氧化电流密度和电解液中铝盐浓度是影响阳极氧化膜层性能的主要因素;所得膜层的显微硬度值高达558.4 HV,同时其耐蚀性能也远优于传统含铬DOW17工艺所成的防护膜,且所用电解液无铬无磷更为环保经济.     

Ti-6Al-4V微弧氧化陶瓷膜微观结构与组成研究

在NaAlO2，Na3PO4混合电解液中，利用微弧氧化（MAO）技术在Ti-6Al-4V合金表面制备了氧化物陶瓷膜。用扫描电镜（SEM），能量散射谱仪（EDS），X射线光电子能谱仪（XPS）对氧化物陶瓷膜的微观结构与组成进行了分析。结果表明：微弧氧化陶瓷膜表面和界面均呈现多孔结构，表面孔径大小差别较大，界面孔径大小差别较小，氧化膜界面处较规则地平行排列着一些长丘陵状突起；氧化膜疏松层与致密层无明显界限，氧化膜与基底以犬牙交错状结合。EDS分析结果表明，氧化膜表面、界面均由Ti，Al，P，V元素组成，Al元素易在表面富集，P元素易在界面富集。XPS分析结果表明，氧化膜表面、界面存在TiO2，Al2O3，TiAl2O5等相，P元素均以PO4^3-形式存在；氧化膜界面处存在V2O5相，而表面并不存在V元素。