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。     

钛合金微弧氧化膜层耐磨性能的研究

本文通过对钛及钛合金在NaAl02＋H3PO4,Na2SiO3溶液体系中,不同的微弧氧化电压、时间条件下,采用微弧氧化进行改性表面。通过分析实验现象和测试结果,研究工艺参数对所形成的膜层结构、形貌、厚度及耐磨性的影响。所得到的膜层摩擦系数都比基体的摩擦系数大;在试验中,发生了粘着磨损;表面粗造度对摩擦系数有一定的影响。从摩擦寿命来看,TA2膜层与TA10膜层在硅酸盐体系中的寿命较短,在NaAlO2＋H3PO4体系中寿命较长。膜层厚度越厚,耐磨性越好。     

生物医学钛合金微弧氧化涂层的表面特征

通过在含有钙盐、磷盐的的电解液中对Ti-6Al-4V合金进行微弧氧化处理,在钛合金表面制备了含钙、磷元素的陶瓷层.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪分析了涂层的形貌、相及元素组成.结果表明,Ti-6Al-4V合金表面的微弧氧化涂层是一种含钙磷元素、多孔、与基体结合牢固、具有陶瓷特性的混合物,其主要组成相为二氧化钛.经过六偏磷酸钠-乙酸钙工艺处理后的试样涂层中含有α-Ca(PO3)2、CaTiO3相.从物相的组成考虑,经过六偏磷酸钠-乙酸钙工艺处理后的涂层的生物活性更好.     

生物医学钛合金微弧氧化涂层的表面特征

通过在含有钙盐、磷盐的的电解液中对Ti-6Al-4V合金进行微弧氧化处理,在钛合金表面制备了含钙、磷元素的陶瓷层。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪分析了涂层的形貌、相及元素组成。结果表明,Ti-6Al-4V合金表面的微弧氧化涂层是一种含钙磷元素、多孔、与基体结合牢固、具有陶瓷特性的混合物,其主要组成相为二氧化钛。经过六偏磷酸钠-乙酸钙工艺处理后的试样涂层中含有α-Ca(PO3)2、CaTiO3相。从物相的组成考虑,经过六偏磷酸钠-乙酸钙工艺处理后的涂层的生物活性更好。     

Ti6Al4V钛合金微弧氧化工艺研究

采用直流稳压电源,选用3种不同PH值的碱性微弧氧化电解液,在Ti6Al4V钛合金表面制备微弧氧化膜层;应用扫描电子显微镜分析微弧氧化膜层形貌特征。结果表明,钛合金微弧氧化膜层表面凹凸不平,带有微米级和亚微米级的孔洞,孔洞周围呈现火山丘状形貌特征;微弧氧化电解液PH值越大,火花放电时间越长;在给定电压条件下,电解液PH值越大,微弧氧化膜层厚度越大。     

微弧氧化制备功能性陶瓷膜的研究

微弧氧化又称阳极火化沉积技术或等离子体增强电化学陶瓷化技术。微弧氧化是一种新颖而效率高的表面处理技术。虽然近些年来人们对其进行了大量的研究,但是这些研究几乎全部集中于对陶瓷层的性能评价、表征与测试等方面。在微弧氧化陶瓷层生长特性的研究中系统介绍了微弧氧化过程中电学参量、陶瓷层厚度、表面粗糙度、相组成以及微观结构等陶瓷层特征随时间的演变情况。     

镁合金微弧氧化的电解液组分研究

利用交流微弧氧化装置对AZ91D镁合金在1组分、2组分、3组分和4组分电解液中进行了微弧氧化处理,并通过电化学测试技术研究了微弧氧化处理后膜层的耐蚀性能.实验结果表明:能显著提高镁合金耐蚀性能的微弧氧化电解液,多为含NaAlO2组分的碱性溶液;电解液中添加H2O2和C4H4O6Na2等组分,可进一步提高膜层的耐蚀性.微弧氧化处理后,膜层表面光滑、均匀、致密,并由尖晶石结构的MgAl2O4相和MgO相组成.NaAlO2组分的存在,能与膜层中的MgO相在微弧氧化过程中一起烧结形成具有尖晶石结构的MgAl2O4耐蚀相,从而提高镁合金的耐蚀性能.     

微弧氧化锻铝表面形成陶瓷膜的工艺研究

用自行研制的微弧氧化电源在锻铝表面生成了氧化物陶瓷膜.观察了膜层表面形貌,测试了表面硬度,探讨了微弧放电对陶瓷膜和基体性能组织的影响.结果表明：锻铝表面的陶瓷膜随氧化时间的延长而增厚,但随氧化时间的继续增加膜层不再增厚;陶瓷膜的表面硬度是基体硬度的10倍以上,大大提高了材料表面的耐磨、耐蚀特性.     

添加K2ZrF6对钛合金微弧氧化膜层组织结构的影响

采用交流电源对TA15合金进行微弧氧化处理,研究了在NaAlO2-Na3PO4溶液体系中添加K2ZrF6对膜层组织结构的影响.利用XRD、SEM和EDS等手段分析了膜层的相组成及表面形貌,探讨了添加剂K2ZrF6对成膜速率、膜层结构的影响,借助热震实验研究了陶瓷膜与基体的结合力,并利用热阻隔性能测试评价了不同溶液中所形成膜层的热阻隔效果.加入K2ZrF6后,微弧氧化的成膜速率增加.SEM结果表明:K2ZrF6使膜层表面粗糙度降低,膜层内部缺陷减少.EDS线扫描分析表明:添加K2ZrF6后氧化膜层中出现大量锆元素,且其含量随距膜/基界面距离的增加而增加.XRD结果显示,未添加K2ZrF6溶液制得的膜层主要由Al2TiO5和Rutile-TiO2相组成;而添加K2ZrF6后,膜层中生成了隔热性良好的ZrO2相.热物性相关测试显示:经K2ZrF6调制后的膜层抗热震性能降低,但具有更加优良的热阻隔性能.     

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。     

镁合金微弧氧化膜层结构

在硅酸盐碱性溶液中，采用恒电流控制模式，在电流密度为20A／dm^2时，以镁舍金AZ91为基体制备微孤氧化薄膜。利用X射线衍射分析手段对制得的微孤氧化膜层进行相结构分析，通过扫描电子显微镜对氧化膜层的表面、横截面及断口等进行研究，还探讨了表面疏松层和致密层的形成机制。研究结果表明：制得的镁舍金微孤氧化膜由MgO，MgSiO3和MgAl2O4等相组成；微孤氧化膜层由表面疏松层和致密层构成；镁合金微孤氧化形成的表面疏松层为多孔结构，这种孔呈网络结构分布；而形成的致密层结构非常致密，没有发现孔洞，而且它和基体的结合非常紧密；表面疏松层和致密层是经过“成膜→击穿→溶化→凝固→烧结……”等一系列循环过程形成的。     

微弧氧化法制备镁基羟基磷灰石/碳纳米管复合生物涂层及其性能研究

 通过化学沉淀法制备了羟基磷灰石/碳纳米管纳米(HA/CNTs)复合粉体,并作为电解液的添加剂,采用微弧氧化方法(MAO)制备了镁合金表面MAO/HA/CNTs 复合活性涂层。分别采用扫描电子显微镜(SEM)、X 射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和电化学工作站,研究所制备的复合粉体的形貌和物相组成、复合粉体对微弧氧化涂层表面形貌和在模拟体液(SBF)中耐腐蚀性能和生物活性的影响。结果表明,所制备的HA/CNTs 复合粉体结晶良好,无其他杂质相;复合粉体在微弧氧化过程中沉积在样品表面,对微弧氧化涂层起到封孔作用。MAO/HA/CNTs 样品的腐蚀电位为-1.50 V,经过30 天的SBF 浸泡后,表面沉积了大量的亚微米级别的颗粒沉积物,相比于镁基体和MAO 样品具有更好的生物活性和耐腐蚀性。     

影响铝合金微弧氧化成膜效率的因素分析

为了解决目前微弧氧化技术中存在的高电能消耗及低处理效率问题,采用低能耗微弧氧化工艺在铝表面制备氧化物陶瓷膜层,测量并分析电解液成分和质量密度、工艺条件对成膜效率的影响,研究了影响铝合金微弧氧化成膜效率的因素和作用机理,提出了降低工艺能耗的技术途径.结果表明:通过改变添加剂成分和质量浓度、脉宽、峰值电压和处理时间等工艺参数可以有效提高陶瓷膜层沉积效率.在制备过程中平均电流密度均能控制在1 A/dm2以下,平均单位成膜效率为2.8~3.2 kW.h/(m2.μm),获得膜层厚度为25~30μm.所制备的氧化铝陶瓷层的相结构、厚度、粗糙度和硬度等参数与通常微弧氧化技术制备的陶瓷膜相似.     

钛合金表面微弧氧化层生物活性改善

为了提高Ti2448钛合金表面的生物活性,通过在含钙磷溶液中进行微弧氧化和后续浓碱处理在其表面制备了多孔二氧化钛层.采用SEM、EDS、XPS和XRD分析了氧化层的组织性能.发现随着氧化时间的增加,钙磷含量增加,但生物活性改善不显著.经浓碱处理,氧化层表面产生了含大量羟基的微孔钛酸钠结构层（孔径约100nm）,P元素溶解.表层的羟基促进了体液中羟基磷灰石的形核,高含量的钙离子加速了羟基磷灰石的生长.经过20min氧化及碱处理样品（T20A）在模拟体液中浸泡7d即产生了类骨羟基磷灰石层,体现出良好的生物活性.     

电解液体系对镁合金微弧氧化涂层的影响

采用3种电解液体系对AZ91镁合金进行微弧氧化（MAO）处理。通过扫描电子显微镜和能量色散光谱观察涂层的表面形貌和元素组成,利用X射线衍射仪对涂层物相进行分析。同时,通过比较不同电解液体系微弧氧化涂层的粗糙度、润湿角和结合力来评估其特性,并利用极化曲线评价其耐蚀性能。此外,还使用模拟体液（SBF）浸泡实验来评估涂层的生物降解性能。结果显示：微弧氧化涂层具有良好的结合力;不同电解液体系处理得到的涂层在表面形貌和物相上存在差异,其中磷酸盐体系和硅酸盐体系具有较高粗糙度,而铝酸盐体系则具有较低粗糙度;此外,在各个系统中,磷酸盐体系呈现最小的润湿角值,而铝酸盐体系呈现最大值;这些差异导致了磷酸盐体系涂层耐蚀性最强,硅酸盐体系涂层次之,铝酸盐体系涂层耐蚀性最差;模拟体液浸泡21 d后的涂层表面产生了开裂,但耐蚀性得到了提高,这归因于浸泡过程中腐蚀产物和钙磷盐沉积物对于涂层的覆盖作用。     

High-temperature oxidation resistance of ceramic coatings on titanium alloy by micro-arc oxidation in aluminate solution

Ceramic coatings with aluminum titanuate (Al₂TiO₅) were prepared on Ti–6Al–4V alloy using pulsed bi-polar Micro-arc Oxidation (MAO). The micromorphology and phase composition of the micro-arc-oxidition ceramic coatings on the titanium alloy were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) respectively. The results revealed that the distinct discharge channels and pores on the surface of the micro-arc-oxidition coatings appeared, and these channels were connected in the molten state. The electrolyte concentration was inversely proportional to the coating hardness; additionally, the coating prepared with sodium aluminate and sodium hypophosphite concentrations of 4 ?g/L and 0.5 ?g/L, respectively, was the most refined after high-temperature sintering, and it was demonstrated to better prevent oxidation. Increasing the electrolyte concentration coincided with fluctuating coating thermal shock resistance. The thermal shock resistance of the coating respectively prepared with sodium aluminate, and the sodium hypophosphite concentrations of 4 ?g/L and 0.5 ?g/L was the highest. Additionally, the high-concentration coatings performed significantly better than the low-concentration coatings. The oxidation resistance of the coating samples was also significantly higher than that of the TC4 titanium alloy substrate. The adhesion strength between the coatings and the substrate with and without the sealing treatment was measured by tensile tests. Then, the high-temperature oxidation performance of the coating samples with and without the sealing treatment was investigated by conducting a high-temperature oxidation experiment at a calcinating temperature of 500 ?°C. The results indicate that the adhesion strength between the coatings and substrate was high for the as-prepared and sealed micro-arc oxidation samples regardless of whether they were calcined. The high-temperature oxidation mass increase curves for the sealed and unsealed coating samples calcined at 500 ?°C for 500 ?h revealed that the high-temperature-oxidation-induced mass increase of the coating samples sealed with a sodium silicate solution was much lower than that of the titanium alloy substrate. Thus, the sealing treatment significantly improved the high-temperature oxidation resistance of the TC4 titanium alloy. Lastly, the high-temperature oxidation behavior at 500 ?°C was analyzed and discussed.     

处理面积对AZ31B镁合金微弧氧化负载特性的影响

为了明确处理过程中试样面积对微弧氧化负载特性及膜层性能的影响,采用单极性脉冲电源模式,对4个具有不同面积的AZ31B镁合金试样进行微弧氧化处理.处理中采用LCR测试仪采集负载的等效电阻和等效电容值,用示波器记录负载的电压、电流波形,并用MATLAB对负载电压波形进行拟合,以研究试样面积对微弧氧化处理过程中负载特性的影响.结果表明:随着处理电压的升高,所有的负载等效电容都持续减小,等效电阻都持续增大,负载的放电时间常数不断增大,等效电阻的增大说明膜层厚度随处理电压的增高而不断增长.此外,随着处理面积的增大,相同电压下负载的等效电阻不断减小,负载电容不断增大,负载的放电时间常数不断减小,说明随着面积的增大,膜层的增长变慢,而且面积越大的试样,负载波形更接近于方波,因此对单极性脉冲的实用性越好.     

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。