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钛电化学抛光及其阳极氧化膜的腐蚀行为研究

钱备  
【摘要】:钛及其合金以其优异的性能,在医用植入领域获得广泛应用。但医用钛材料作为种植体目前仍存在一些急待解决的问题,如在人体十分苛刻应用环境中的耐蚀性需进一步提高。这些问题与钛材料的表面性能密切相关,而电化学抛光和阳极氧化是两种重要的钛表面处理技术,是提高钛表面耐蚀性能的有效途径。另外,钛不仅用于医学,在航空航天、军事领域、石油化工和海洋环境中的应用也日益广泛。 本文研制出一种新型无毒环保的电化学抛光液,以钛材表面的光亮度、粗糙度及表面形貌为主要评价指标,用电化学极化曲线测试方法、粗糙度测试仪、扫描电镜等测试技术,考察了电压、时间、温度及阴阳极间距对抛光效果的影响规律,经与传统的机械抛光、化学抛光方法对比表明:所得到的电化学抛光液优于其它两种方法,经该抛光液处理后的试样表面平整、光亮如镜,表面粗糙度约为0.09gm,自腐蚀电流密度最小耐蚀性能显著提高。其最佳工艺参数为槽压30V,时间180s,温度50℃,阴阳极距离2cm。 采用极化曲线、交流阻抗和Mott-Schottky曲线等电化学测试技术,分别研究了硫酸、磷酸电解液中钛阳极氧化膜在生理盐水中的腐蚀行为,以及硫酸铵、硫酸和磷酸电解液中钛阳极氧化膜在高温含溴醋酸中的腐蚀行为。研究结果表明:阳极氧化后的试样自腐蚀电位上升,自腐蚀电流密度下降,耐蚀性能显著提高。磷酸介质中钛阳极氧化膜与硫酸介质中相比,在低频区阻抗较大,载流子密度较大,平带点位更负,耐蚀性能好;未经阳极氧化试样在高温含溴醋酸中出现点蚀破裂电位。氧化膜颜色和膜厚随着阳极氧化电压的升高而变化,但耐蚀性受电压变化的影响较小。 将阳极氧化后的钛与碳钢以8:1的面积比偶接,采用CS300电偶电流测试技术连续记录了该电偶对在模拟海水中8小时的电偶电流值,经与未氧化处理的电偶对相比结果表明:钛经阳极氧化后可使电偶对的电偶腐蚀电流密度减小。纯钛与碳钢的电偶电流密度为175μA左右;磷酸工艺电压为40V时电偶对的电偶电流密度接近40μA,硫酸工艺电压为40V时电偶对的电偶电流密度接近80μA;钛阳极氧化膜在整个电偶反应的体系中相当于额外的电阻极化。


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