钛合金微弧氧化电解液及添加剂的研究进展

根据实验研究,介绍了不同电解液体系及其温度对钛合金微弧氧化膜层微观组织结构和性能的影响。分析了不同类型添加剂对膜层性能的作用,提出采用新的复合电解液体系及合理选择纳米、微米级颗粒添加剂是今后钛合金微弧氧化电解液的发展方向。     

电解液温度对镁合金微弧氧化成膜过程的影响

采用硅酸钠体系溶液,制备镁合金微弧氧化陶瓷层.研究电解液温度对镁合金微弧氧化起弧电压、陶瓷层厚度以及微弧氧化膜层表面形貌的影响.结果表明,随着电解液温度的升高,镁合金微弧氧化的起弧电压降低,陶瓷层厚度和膜层上孔洞的尺寸增大.适当地升高电解液的温度可以提高生产效率,但是电解液的温度不能过高,否则会影响膜层的质量.     

钛合金表面羟基磷灰石膜及组织相容性

在乙酸钙、磷酸二氢钙为主成分的弱酸性电解液中,以乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸作为络合剂,采用微弧氧化的方法,在钛合金表面成功地直接制备出含有羟基磷灰石(HA)的陶瓷层.随着电解液Ca/P的增加,膜层中HA含量升高,膜层表面孔洞分布更均匀,表面变粗糙.动物种植试验表明,陶瓷层覆盖植入体产生的炎症反应较弱,新的肌肉组织能够在膜层表面生长.     

纯铝表面ZrO2复合微弧氧化膜层制备及性能研究

 以纯铝为基材,在微弧氧化电解液中添加不同含量的纳米ZrO₂颗粒进行微弧氧化,制备了ZrO₂复合微弧氧化膜层。采用SEM 和EDS 观察并分析微弧氧化复合膜层表面形貌和膜层成分,研究不同含量纳米ZrO₂颗粒的添加对微弧氧化复合膜层硬度和耐蚀性的影响。结果表明,微弧氧化膜及其复合膜层表面粗糙不平,纳米ZrO₂颗粒的添加使得微弧氧化复合膜层裂纹减少,孔径减小,硬度和耐蚀性提高。     

脉冲占空比对钛合金微弧氧化膜的影响

为了研究脉冲占空比的变化对钛合金微弧氧化的影响,在15%~70%间的不同占空比下对钛合金进行微弧氧化处理,分析了微弧氧化膜的表面形貌、厚度、孔隙率、表面粗糙度及相组成随脉冲占空比的变化情况。结果表明:随着脉冲占空比的增加,膜层的厚度、表面孔径、表面孔隙率、粗糙度均呈增大趋势;膜层中的金红石型二氧化钛随占空比的增加而增多,锐钛矿型二氧化钛则减少。     

时间对微弧氧化膜性能的影响

利用微弧氧化技术(MAO),在钛合金表面制备了陶瓷膜层,研究了处理时间(10～22 min)对膜层的形貌、耐磨性、耐蚀性的影响.结果表明,钛合金表面微弧氧化层为多孔结构,随着处理时间的增加,微孔孔径逐渐变小并且微孔分布越来越均匀,膜层耐磨性不断增强,膜层的耐蚀性也不断增强.     

添加纳米Al微粒对纯钛微弧氧化膜层性能的影响

 在微弧氧化电解液中添加纳米Al 微粒,在纯钛表面进行微弧氧化制备Al₂O₃/TiO₂复合微弧氧化膜,采用Quant 200 型扫描电子显微镜(SEM)观察膜层的表面形貌,并研究纳米Al 微粒对微弧氧化复合膜层硬度和耐磨性能的影响。结果表明,纳米Al微粒的添加可使纯钛微弧氧化膜的表面更加平整致密,硬度和耐磨性显著提高。电解液中添加3 g/L 纳米Al 微粒后,微弧氧化的终止电压由460 V 上升至515 V,硬度由811 HV 提高至1232 HV,平均摩擦系数由0.68 降低至0.57,磨损失重由1.0 mg 降低至0.58 mg。     

添加纳米Al微微粒对纯钛微弧氧化膜层性能的影响

在微弧氧化电解液中添加纳米Al微粒,在纯钛表面进行微弧氧化制备Al2O3/TiO2复合微弧氧化膜,采用Quant 200型扫描电子显微镜(SEM)观察膜层的表面形貌,并研究纳米Al微粒对微弧氧化复合膜层硬度和耐磨性能的影响。结果表明,纳米Al微粒的添加可使纯钛微弧氧化膜的表面更加平整致密,硬度和耐磨性显著提高。电解液中添加3 g/L纳米Al微粒后,微弧氧化的终止电压由460 V上升至515 V,硬度由811 HV提高至1232 HV,平均摩擦系数由0.68降低至0.57,磨损失重由1.0 mg降低至0.58 mg。     

电源参数及KF和SiC纳米颗粒对ZK60 镁合金微弧氧化膜的影响

对ZK60镁合金在硅酸盐体系、不同的电源参数情况下进行微弧氧化研究.通过实验分析,得到如下结果:微弧氧化时间对膜层的耐蚀性能有较大的影响.当膜层生长到一定厚度后,耐蚀性随微弧氧化时间的延长而变差;当电流较小时,膜层均匀,孔洞较小,当电流增大时,膜层粗糙,孔洞变大,并且容易产生裂纹;KF对镁合金微弧氧化膜层的生成有很好的促进作用,当加入KF为12g/L时,膜层厚度较没加KF增加一倍多,耐蚀性也得到很大提高.当F-浓度过高时,生成的膜层粗糙,而且容易脱落.在电解液中加入纳米SiC颗粒对微弧氧化膜层的厚度和耐蚀性无明显影响.     

镁合金-植酸-小檗碱生物复合涂层的研究①

目的为了提高微弧氧化技术防护膜层的降解速度和生物活性,在纯镁超声微弧氧化膜层表面制备植酸掺杂盐酸小檗碱的复合生物涂层。方法植酸作为对照组,不同盐酸小檗碱为实验组,利用SEM、能谱、接触角测量仪等手段研究不同盐酸小檗碱添加量对复合涂层的表面的形貌、接触角、成分的变化以及耐腐蚀性影响。结果 BH处理浓度越大,复合涂层表面孔洞数量越少,孔径越小。添加2 g/L盐酸小檗碱制备的复合膜层综合性能最好。结论纯镁超声微弧氧化植酸-2g/L盐酸小檗碱复合膜层的耐降解性能及耐蚀性能显著提高,效果最佳。     

TC4钛合金孔的磁粒研磨试验

采用内置磁极吸附磁性磨粒的方法,研究了工艺参数对高效去除TC4钛合金孔毛刺和切痕,降低表面粗糙度R_a,以及改善微观表面形貌的影响.首先,开展磁极与孔同轴研磨正交试验,通过极差和方差分析,获得磁极转速、磨料直径和磨料填充量对孔表面粗糙度R_a和微观形貌的影响程度,确定了较优的工艺参数组合;其次,开展磁极与孔偏心研磨试验,进行了三维力检测和数据分析.结果表明:对于10mm的TC4钛合金孔,使用6mm的径向磁极,偏心距1mm研磨30min后,孔的毛刺和切痕得以去除,表面形貌均匀平整,与同轴方案比较,表面粗糙度R_a下降13.7%,研磨效率提升25.0%.     

高温合金炉管离心铸造专用涂料研究

研究开发了具有优良工艺性能的高温合金炉管离心铸造专用涂料,与进口的ＫＯＴＥ２１３．１ 型离心铸造涂料进行了对比试验,结果表明：研制的专用涂料具有优良的工艺性能,各项技术性能指标达到或超过ＫＯＴＥ２１３．１ 涂料,可在喷涂条件下形成高质量的特种涂层,生产出可与进口炉管媲美的优质高温承压合金炉管．还对ＰＨ 涂层（表面具有均匀坑孔的特种涂层） 的形成机制进行了探讨,提出了高质量ＰＨ 涂层的结构模型与专用涂料的设计思想     

聚多巴胺对氧化处理后钛合金表面沉积羟基磷灰石的影响

利用阳极氧化法和微弧氧化法分别对医用钛合金表面进行处理,再经聚多巴胺薄膜表面修饰后,利用仿生溶液矿化法制备羟基磷灰石生物活性涂层,并研究聚多巴胺对经不同氧化处理的医用钛合金生物诱导沉积能力的影响;采用场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪对经不同氧化处理及其生物诱导沉积羟基磷灰石涂层的表面形貌、元素组成和相结构进行表征分析.结果表明：阳极氧化和微弧氧化处理后的钛合金表面分别形成了纳米管和微米孔结构;再经聚多巴胺修饰后,可以显著提高羟基磷灰石涂层的生物诱导沉积能力,而且使得羟基磷灰石的排列致密、规则.     

原位合成TiC／Ti复合材料的微结构和力学性能

利用钛与碳之间的反应,经非自耗电弧溶炼工艺,简洁,低成本地制备了TiC增强的钛基复合材料,借助光学金相为微镜和透射电镜分析了复合材料的微结构,测定了原位合成钛基复合材料的力学性能和硬度值,结果表明,原位合成增强体TiC均匀地分布在基体钛合金中,增强体主要呈树枝晶状和等轴,近似等轴状,由于增强体TiC与基体合金的热膨胀系数存在较大的差异,在基体钛合金中形成同密度的位错,增强体与基体界面洁净,没有任何界面反应,复合材料的力学性能和硬度与基体钛合金比较有了明显的提高,铝元素的加入,不仅固溶强化了基体钛合金,同时使增强体更为细小,也有利于提高复合材料的性能。     

摩擦配副和摩擦参数对TC29钛合金摩擦磨损性能的影响

钛合金是航空航天、军工、生物等领域重要使用材料之一,但其摩擦磨损性能较差,限制了其在摩擦工况下的应用。对比测试了TC29钛合金在不同摩擦配副和摩擦参数下的摩擦磨损性能。研究结果表明：与GCr15钢对磨时,TC29钛合金的摩擦磨损程度明显高于其与TC29钛合金对磨时的摩擦磨损程度;与GCr15钢对磨时,TC29钛合金的主要磨损机制为磨粒磨损和剥层磨损,与TC29钛合金对磨时,其主要磨损机制为黏着磨损;载荷和对磨转速的增加均会加剧TC29钛合金的摩擦磨损,但具体摩擦磨损的程度受摩擦配副情况及相应的磨损机制的影响。     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

TC4钛合金热镦加热方法

通过对ＴＣ４钛合金加热方法的研究，提出了接触电加热快速升温的方法，有效避免了空气污染，针对加工中经常出现的热裂，用有限元法了加热过程中的温度场和应力场，结果表明加热效果良好，并且通过实验验证了其可行性，为钛合金棒料热镦工艺的确定提供了理论和实验基础。     

新型TB9钛合金屈服强度的应变率效应

TB9钛合金具有良好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域,其材料强度随服役过程中应力作用的加载速率变化而发生改变。本文采用三次真空自耗熔炼工艺制备TB9钛合金材料,并对其开展了室温拉伸和压缩试验,研究了该材料在应变率0.0005-0.1 s-1范围内的力学性能及其变形行为,讨论了应变率对该材料压缩和拉伸屈服强度的影响。结果表明：应变率由0.0005 s-1升高至0.1 s-1时,TB9钛合金材料的平均压缩屈服强度由955.96 MPa升高至1 090.94 MPa,平均拉伸屈服强度由971.01 MPa升高至1 096.31 MPa,压缩屈服强度应变率敏感系数为0.02273,拉伸屈服强度应变率敏感系数为0.02110;随着应变率的增大,TB9钛合金拉伸试件断面韧窝尺寸及深度均会变小,这是由于应变率大时,瞬间局部能量增加,裂纹萌生和扩展速度加快所致。此外,本文采用线性函数拟合了TB9钛合金材料室温下屈服强度增强因子与自然对数应变率之间的关系,可用于预测TB9钛合金在工程应用中的力学行为。     

增材制造医用多孔钛合金研究与应用现状

钛合金具有良好的力学性能和生物相容性,被认为是一种理想的植入体材料。但致密钛合金的弹性模量较高,在植入人体后与骨之间存在应力遮挡现象,易引发植入体松动。采用增材制造技术制备的多孔钛合金能够很好地解决这一问题。从多孔结构的设计方法与增材制造的原理入手,综述了增材制造多孔钛合金在力学性能方面的研究现状以及在生物医疗领域的研究与应用进展,并对其未来的发展趋势进行了展望,指出今后可在以下4方面对医用多孔钛合金展开深入研究：1）研发更先进的成型设备以提高多孔钛合金的成型质量与成型效率;2）对多孔结构进行仿生化设计,将高力学性能与高生物性能有机结合;3）通过对Gibson-Ashby模型进行修正,可获得更为准确的力学性能预测结果;4）开发新型钛合金材料以提高多孔钛合金的生物相容性。     

采用铝热自蔓延法制备低氧高钛铁合金

以金红石、钛精矿和Al为原料采用铝热自蔓延法制备出低氧高钛铁合金。研究不同反应体系的相关热力学,考察配铝量对铝热自蔓延熔炼效果的影响,采用XRD,SEM以及化学分析等技术对高钛铁合金进行表征。研究结果表明:反应体系的绝热温度大于1 800 K,反应能自我维持进行;铝还原TiO2反应的单位质量热效应较低,铝还原铁氧化物反应的单位质量热效应较高;合金主要由TiFe2,Fe,TiO2和Al2O3等相组成,氧化物夹杂相的存在是合金中氧含量高以及合金微观缺陷存在的直接原因;合金中氧含量最低为2.62%;钛、铝、铁和硅质量分数分别为61.58～66.27%,4.05%～9.20%,16.15%～20.53%及2.78%～3.82%。