钽涂层对Ti-6Al-4V合金抗腐蚀性能的影响

摘要：目的 在模拟体液环境中,研究钽（Ta）涂层对Ti-6Al-4V合金抗腐蚀性能的影响。方法 对Ti-6Al-4V合金试样采用等离子喷涂技术在其表面形成一层500μm厚的钽涂层。通过模拟体液环境下电化学测量法对比涂层前后的试样抗腐蚀性能的强弱。结果 塔菲尔极化曲线图形显示,Ti-6Al-4V合金经钽涂层处理后表现出阳极和阴极极化曲线低平,自腐蚀电位向正方向移动,钝化区间变长,而维钝电流降低。结论 Ti-6Al-4V合金表面涂覆钽涂层的表面改性处理能有效提高基体金属的抗腐蚀性能,为解决人工关节无菌性松动及Ti-6Al-4V合金关节假体的优化提供了发展方向。     

La~(3+)对Zn-Fe合金镀层在硫酸溶液中腐蚀行为的影响

电镀液中加入镧盐,在A3钢表面电镀Zn-Fe合金薄膜,选择酸性腐蚀介质,研究La3+对Zn-Fe合金镀层腐蚀行为的影响.用线性扫描伏安法和交流阻抗法,研究Zn-Fe合金镀层在30℃的0.20mol·L-1H2SO4溶液中的腐蚀行为.用XRD和SEM研究Zn-Fe合金镀层在腐蚀前后的微观结构和形貌的变化.结果表明:加入镧盐,不改变Zn-Fe合金镀层的晶面择优取向,但影响各晶面衍射峰强度,使镀层结晶粒度变小;当加入La2(SO4)3为0.90g·L-1时,Zn-Fe合金镀层变得致密均匀,电结晶生长形态呈现层状;镀层的致钝电流密度(Jpp)和维钝电流密度(Jp)显著降低,极化电阻Rp增大,镀层具有良好的耐蚀性能.     

Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材的组织性能研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具有密度低、高温下组织稳定、强度高的特点,被广泛应用于机翼翼梁、起落架支撑肋等航空工业关键零部件的制造。电弧熔丝增材技术研究始于20世纪80年代,该技术具有成型效率高、原材料利用率高、设备简单等优势。目前,学界对Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术开展了广泛研究并已取得一定成果。笔者综述了电弧熔丝增材制造技术的发展历史及研究热点,并整合了国内外Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术的最新研究及应用情况,对电弧熔丝增材制造Ti-6Al-4V合金的组织性能特性及调控工艺进行了总结与展望。     

Cl~-对690合金腐蚀电化学行为的影响

采用动电位极化、电化学阻抗、动电位电化学阻抗谱和电容测量等方法研究了690合金在一回路模拟溶液中的电化学行为.极化曲线结果表明:690合金在两种溶液中都存在较窄的钝化区间,在0.5V出现二次钝化现象.电化学阻抗表明,690合金在不含Cl-溶液中的阻抗模值较大,而随Cl-的加入阻抗模值变小.动电位电化学阻抗谱表明,随扫描电位正移,钝化膜在两种溶液中具有相似的变化趋势,动电位电化学阻抗谱与动电位极化曲线完全对应.690合金在0.2V下形成的钝化膜的Mott-Schottky曲线测量表明,溶液中Cl-使得钝化膜中的施主和受主密度增大.     

Cl-含量对铸态Cu-40Ni合金电化学腐蚀行为的影响

利用动电位扫描法,结合电化学交流阻抗技术研究了用传统电弧熔炼(CA)制备的铸态Cu-40Ni合金在不同Cl-含量的腐蚀介质中的电化学腐蚀行为.结果表明:铸态Cu-40Ni合金在含Cl-腐蚀介质中,随着Cl-含量的增加,自腐蚀电位不同程度负移,膜电阻减小,腐蚀速度加快;合金在Na2SO4中表现出了Warburg阻抗的性质,电极表面的腐蚀过程由电化学控制转变为扩散控制,而在加入Cl-后,没有出现Warburg阻抗的性质,腐蚀过程由电化学控制;腐蚀电化学阻抗谱呈单容抗弧特征,随Cl-含量的增加,极化电阻减小;腐蚀过程中存在一定弥散效应.     

低电流低电压条件下的医用钛合金微弧氧化工艺研究

本文以微弧氧化工艺为研究对象,研究Ti-6Al-4V(TC4)在恒流恒压的条件下微弧氧化所得到的表面情况。并通过数字显微镜观察成膜情况以及膜层厚度,实验表明:在磷酸盐与硅酸盐混合电解液体系下,Ti-6Al-4V(TC4)能够在低电流低电压的情况下发生微弧氧化,且最佳实验条件是电流密度为0.3A,反应时间20min,得到的膜层厚度为119μm。     

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金, 在锻造领域, 数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型. 本工作基于热压缩模拟方法, 在不同变形温度（750、800、850、900和950 ℃）和应变速率（0.001、0.01、0.1、1和5 /s）下, 针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金, 考虑鼓度因素影响, 对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正, 并进一步构建了该工况条件下的本构模型. 对比实验结果, 修正后的流变应力值低于实际测量值, 且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低, 二者之间的差值也逐渐增大. 本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型. 真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义, 同时对提高数值模拟精度具有参考价值.     

Ti-6Al-4V合金的加温辅助滚压及微动磨损性能

采用加温辅助滚压(WAB)工艺对Ti-6Al-4V合金表面进行了改性处理.通过扫描电子显微镜、BMT.3D表面形貌测量仪、维氏显微硬度计和VHX-600E超景深三维显微镜对改性表面进行了表征.然后在SRVⅣ微动磨损试验机上考察了未处理样、常温滚压(BU)处理样以及WAB处理样在干摩擦状态下的摩擦磨损性能.结果表明:WAB处理可以显著降低Ti-6Al-4V合金的表面粗糙度,并在合金表面生成一层较厚的硬化层;与BU处理样以及未处理样相比,WAB处理样的摩擦系数和磨损量最小;未处理样的磨损形式为粘着磨损,同时伴随轻微的塑性变形,BU处理样和WAB处理样的磨损形式为磨粒磨损,并伴随轻微疲劳剥落.由此可知,WAB工艺可以较大幅度地提高Ti-6Al-4V合金的抗微动磨损性能.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织与室温变形行为的相关性

应用压缩实验研究置氢Ti-6Al-4V合金的室温力学行为,采用OM、SEM分析了氢对钛合金组织的影响和断口形貌特征,探讨了置氢钛合金组织和室温变形行为之间的相关性.结果表明:氢的固溶强化作用使置氢Ti-6Al-4V合金硬化效应增加,但适量的氢可以显著降低其压缩屈服强度和弹性模量,且断裂时发生的变形量增加,此时合金组织为á a的双态组织,当合金中产生粗大的a晶粒时,断裂时发生的变形量显著降低;氢的加入促进了合金中斜方马氏体á″的生成;置氢Ti-6Al-4V合金的室温压缩断口为延性沿晶断裂或脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合断口.     

Cu-60Fe-12Cr合金在含Cl-介质中的电化学腐蚀行为

利用动电位扫描法,结合电化学交流阻抗技术研究了用粉末冶金(PM)技术制备的Cu-60FFe-12Cr合金在含Cl-腐蚀介质中的电化学腐蚀行为.结果表明合金在单一Na2SO4介质中具有较低的腐蚀电流,腐蚀速度较慢,而在含Cl-腐蚀介质中,自腐蚀电位不同程度负移,膜电阻减小,腐蚀速度加快;合金在含Cl-介质中腐蚀电化学阻抗谱在呈单容抗弧特征,没有出现Warburg阻抗的性质,腐蚀过程由电化学反应控制;加入Cl-后,极化电阻减小;腐蚀过程中存在一定弥散效应.     

纳米化对Ag-50Ni在H3PO4介质中腐蚀电化学行为影响

通过电化学极化曲线方法和电化学交流阻抗谱(EIS)技术对比研究了不同晶粒尺寸的Ag-50Ni合金在不同浓度的H3PO4介质中的耐腐蚀性能。结果表明:2种尺寸的Ag-50Ni合金在不同浓度的H3PO4介质中主要呈单容抗弧特征,其中纳米尺寸的Ag-50Ni合金在H3PO4浓度分别为0.0,0.1及0.5 mol/L中呈双容抗弧特征,表明电极表面腐蚀受电化学反应控制。随着H3PO4浓度的增加,合金的自腐蚀电位向负方向移动,传递电阻逐渐减小,腐蚀电流密度逐渐增大,表明腐蚀速度加快。在同一种浓度腐蚀介质中,常规尺寸Ag-50Ni合金的腐蚀电流密度低于纳米尺寸Ag-50Ni合金,表明晶粒细化后抗腐蚀性能降低。     

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。     

金属钛的离子注入表面改性

讨论了离子注入表面改性技术在生物材料中的应用，研究了Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金表面注入Ｎ＋离子后的摩擦磨损行为，结果表明，Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ经离子注入后，摩擦磨损性能都大幅提高．     

冷却速度对Zn--5 Al--0.1 RE--x Si合金显微组织及耐蚀性能的影响

运用扫描电子显微镜/能谱仪、X射线衍射、盐雾实验、电极化曲线等手段,研究冷却速度和Si对Zn-5Al-0.1RE合金组织及耐蚀性能的影响.结果表明,Zn-5Al-0.1RE-xSi合金由先析出的?-Zn和?-Zn+α-Al共晶组织组成,前者均匀分布在相邻的?-Zn+α-Al共晶胞的边界上.降低冷却速度和Si的加入,均使Zn-5Al-0.1RE-xSi合金单位面积的晶粒增大,晶界减少,合金耐蚀性能提高. Zn-5Al-0.1RE-xSi合金耐蚀性能的差异与合金凝固组织及合金腐蚀产物中Zn5(OH)8Cl2·H2O和ZnO的相对量有关.     

Cr和Mn元素强化的α钛合金的制备及其组织性能

在前人已经优化评估的Ti-Al-Cr-Mn四元热力学数据库的基础上,设计了一种新型α钛合金Ti-6Al-3Cr-1Mn,并利用分瓣式水冷铜坩埚成功制得了该合金。该合金在770℃下经轧机轧制成6mm厚的板材,然后于750℃保温90min进行真空退火热处理,出炉后置于空气中冷却。通过组织观察,发现无论是铸锭还是退火后的板材,室温下均为α型钛合金,与设计相符。室温力学性能试验表明,Ti-6Al-3Cr-1Mn合金的力学性能良好,平均屈服强度为894.9MPa,抗拉强度为926.7MPa,断后延伸率为15.2%。Ti-6Al-3Cr-1Mn合金与典型的α型钛合金TA15相比,室温强度相当,但塑性更好,成本更低。Ti-6Al-3Cr-1Mn合金的自腐蚀电位为-0.21V,自腐蚀电流密度为7.7×10-7 A·cm-2,耐腐蚀性能良好。     

Cu48Zr43Al9合金在0.05mol/L Na2SO4介质中腐蚀电化学行为研究

采用真空电弧熔炼法制备Cu48Zr43Al9晶态合金及铜模铸造法制备Cu48Zr43Al9非晶合金。通过极化曲线和交流阻抗谱技术研究了Cu48Zr43Al9晶态和非晶态合金在0.05 mol/LNa2SO4溶液中腐蚀电化学行为。结果表明,在0.05 mol/LNa2SO4溶液中,Cu48Zr43Al9晶态和非晶态合金的交流阻抗谱均呈单容抗弧,实验结果说明合金的腐蚀过程是由电化学控制。与非晶合金相比,腐蚀电位负移,晶态合金的电荷传递电阻减小,腐蚀电流密度变大,腐蚀速度加快。在0.05mol/LNa2SO4溶液中,Cu48Zr43Al9非晶态合金具有良好的耐腐蚀性能,这是因为非晶态合金不具有晶格缺陷,结构均一稳定。     

3D finite element simulation of microstructure evolution in blade forging of Ti-6Al-4V alloy based on the internal state variable models

The physically-based internal state variable (ISV) models were used to describe the changes of dislocation density, grain size, and flow stress in the high temperature deformation of titanium alloys in this study. The constants of the present models could be identified based on experimental results, which were conducted at deformation temperatures ranging from 1093 K to 1303 K, height reductions ranging from 20% to 60%, and the strain rates of 0.001, 0.01, 0.1, 1.0, and 10.0 s-1. The physically-based internal state variable models were implemented into the commercial finite element (FE) code. Then, a three-dimensional (3D) FE simulation system coupling of deformation, heat transfer, and microstructure evolution was developed for the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. FE analysis was carried out to simulate the microstructure evolution in the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. Finally, the blade forging tests of Ti-6Al-4V alloy were performed to validate the results of FE simulation. According to the tensile tests, it is seen that the mechanical properties, such as tensile strength and elongation, satisfy the application requirements well. The maximum and minimum differences between the calculated and experimental grain size of primary α phase are 11.71% and 4.23%, respectively. Thus, the industrial trials show a good agreement with FE simulation of blade forging.     

Ti-6Al-4V合金镀渗Ni-P合金后的组织结构与耐磨性

本文对Ti-6Al-4V合全化学镀Ni-P合金后,在氩气中经1123K扩散0.5—7h试样的相组成、组织、硬度及耐磨性进行了研究。结果指出:渗层组织共分五层,其中最外层是由Ni_5P_2、Ni_3P和Ti_(1.7)P三种磷化物组成的混合物分布在Ni_3Ti基体上的复相组织,硬度高达HK900。 磨损试验在Skoda-Savin磨损试验机上进行。研究结果表明,Ti-6Al-4V经镀渗Ni-P后,从根本上消除了钛及钛合金在磨损过程中的粘着现象,从而极大地提高了耐磨性。     

聚晶金刚石刀具加工钛合金热塑剪切失稳研究

采用聚晶金刚石(PCD)刀具,以不同的切削速度对钛合金Ti-6Al-4V进行了切削实验.通过分析切屑的金相和扫描电子显微(SEM)照片,对PCD刀具加工钛合金Ti-6Al-4V的热塑剪切失稳现象进行了深入研究,分析表明发生热塑剪切失稳时锯齿形切屑齿尖角随切削速度先增大,后减小,并通过计算锯齿形切屑内的剪应变、测量剪切带内外的显微硬度和切屑内的X射线衍射分析证实了在发生热塑剪切失稳时钛合金的组织发生了相变.     

稀土Ce掺杂铝合金阳极的结构和电化学性能

通过向Al-5Zn-0．05In-0．1Sn铝舍金基体中添加不同量的稀土元素Ce，制得一系列含稀土Ce的合金。采用扫描电镜和能谱分析，研究稀土对铝合金阳极微观组织的影响，并进行将稀土铝舍金用作铝空气电池阳极的电化学性能测试。研究结果表明：当Ce的含量不大于0．5％时，细化枝晶的效果较好；添加稀土元素Ce，铝舍金阳极的自腐蚀电位负移，放电稳定性和放电电压提高；当以50mA／cm^2的电流密度恒流放电时，Ce含量为0．3％的舍金放电性能最好，放电电压为1．118V，放电时间达到13h；添加稀土元素Ce能改善铝舍金阳极的耐腐蚀性能。