收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

低模量钛合金表面等离子喷涂与微弧氧化涂层特性研究

赵国亮  
【摘要】:本文采用等离子喷涂法和微弧氧化法分别对低模量Ti2448 (Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn)合金进行提高表面活性的改性,研究了两种改性方法所制备涂层的微观结构、力学性能和表面磷灰石诱导行为,分析了合金对涂层和改性方法的影响与要求以及改性方法和后处理技术对合金的影响。采用X射线衍射(XRD)、X射线能量分散分光计(EDS)、X射线光电子谱(XPS)、傅立叶红外吸收光谱(FT-IR)、拉曼光谱、扫面电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRT)等研究了涂层表面形貌、微观结构及基体的微观结构。采用纳米/显微硬度仪、拉伸等方法表征涂层和基体的纳米/显微硬度、弹性模量和结合强度等力学性能。采用模拟体液(SBF)浸泡在涂层表面形成磷灰石的方法表征涂层的生物性能。 研究表明,提高等离子喷涂的电压和电流虽然能够对HA涂层力学性能提高起到促进作用,但对Ti2448合金基体会产生较大的影响。研究发现,在使用电流为600A、电压为45V时,合金基体尤其是约100μm近表层有大量马氏体相析出,且在约10μm的最表层伴随有β相和马氏体相的超细晶粒出现。合金中的马氏体相变和重结晶使合金基体近表面的硬度和弹性模量显著提高,所使用的厚度为5mm的合金基体整体弹性模量也显著增加。 使用球磨HA/Ti复合粉体(BM),在相对较低的喷涂电流和电压条件下,在Ti2448合金表面制备了一种新型纳米结构的复合涂层,涂层中主要包含钙钛矿型CaTiO3、HA分解产物及Ti的氧化物和磷化物。研究了球磨时间和球磨转速以及Ti添加量对复合涂层微观结构和力学性能的影响。结果表明,增加球磨时间、提高球磨转速和Ti添加量都有利于改善涂层的微观组织结构和力学性能。SBF浸泡结果显示,BM涂层具有磷灰石诱导能力,其诱导机制为:Ca、P从涂层表面析出增加了SBF中涂层表面附近的钙磷离子浓度;Ca离子的析出还可以在涂层表面形成大量的Ti-OH,Ti-OH吸引钙离子向涂层表面沉积,钙离子再吸引附近磷酸根离子和碳酸根离子,使磷灰石在涂层表面形核。另外,涂层中富含钙钛矿型CaTiO3,而钙钛矿型CaTiO_3 ( 022)晶面与HA(0001)晶面具有良好的晶体学匹配,可能为磷灰石提供良好的形核位点。球磨时间和球磨转速对涂层的磷灰石诱导能力的影响不明显,而初始粉体中Ti添加比例则影响磷灰石的诱导,Ti添加比例越高,对应涂层的磷灰石诱导能力越弱。与HA涂层和SM涂层(由浆式混粉(SM)方式获得的涂层)比较,BM涂层的磷灰石诱导能力相对较差,这是由于BM涂层中基本不含有具有较高磷灰石诱导能力的HA相。 利用微弧氧化法在Ti2448合金和商业纯Ti表面制备了含有Ca、P成分的氧化层。Ti2448合金对微弧氧化层的微观结构、碱处理后表面化学成分以及改性后涂层的磷灰石诱导能力都产生了重要影响:(1) Ti2448微弧氧化层中各相为纳米晶和非晶结构,除含有TiO_2外,还含有Nb_2O_5和少量的SnO2和ZrO2,且TiO_2为板钛矿结构;而Ti微弧氧化层中TiO_2晶化程度较高,以锐钛型结构存在。(2)碱改性的Ti2448微弧氧化层表面Ca、Na含量低于改性的Ti微弧氧化层,且表面没有形成如改性的Ti微弧氧化层的微观结构。(3)碱改性的Ti2448微弧氧化层与相同碱改性的Ti微弧氧化层相比,磷灰石诱导能力明显较弱,主要与改性层中较低的Ca、Na离子较低和表面没有形成更有利于磷灰石形核的纳米网络结构有关。(4)通过提高碱处理浓度可以改善Ti2448微弧氧化层的磷灰石诱导能力。 同时分析了微弧氧化对Ti2448合金的影响。结果表明,由于微弧氧化过程中微弧放电是在很小的区域内的瞬时高温,而后迅速冷却,因此对合金影响较小。微弧涂层制备后,合金基体中没有α相析出。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 薛文彬,邓志威,来永春,陈如意;铝合金微弧氧化陶瓷膜的相分布及其形成[J];材料研究学报;1997年02期
2 卢立红,沈德久,王玉林,田新华,毛志强;A_3钢热镀Al-Si层的微弧氧化及其耐蚀性[J];表面技术;2000年06期
3 薛文斌,邓志威,李永良,陈如意,张通和;Ti-6Al-4V在NaAlO_2溶液中微弧氧化陶瓷膜的组织结构研究[J];材料科学与工艺;2000年03期
4 张欣宇,石玉龙,阎凤英;铝及其合金等离子微弧氧化技术[J];电镀与涂饰;2001年06期
5 蒋百灵,张淑芬,吴国建;镁合金微弧氧化陶瓷层耐蚀性的研究[J];中国腐蚀与防护学报;2002年05期
6 贺子凯,唐培松;电流密度对微弧氧化膜层厚度和硬度的影响[J];表面技术;2003年03期
7 王亚明,雷廷权,蒋百灵,贾德昌,周玉;氧化处理时间对Ti6Al4V微弧氧化陶瓷膜的影响[J];材料科学与工艺;2003年03期
8 吴汉华,金曾孙,龙北红,汪剑波,王秀琴;阴/阳极电流密度对铝合金微弧氧化陶瓷膜耐蚀性的影响[J];材料保护;2004年12期
9 刘君,谈政,甄华霞,吴金宁,符国钧;AZ91D镁合金的微弧氧化研究[J];煤矿机械;2004年12期
10 王永,康熊仁,章盛磊,李炳生;铝基复合材料表面微弧氧化涂覆陶瓷膜研究[J];兵器材料科学与工程;1998年04期
11 薛文斌,邓志威,陈如意,张通和,李永良;微弧氧化表面处理对铝合金拉伸性能的影响[J];金属热处理学报;1999年04期
12 熊仁章,盛磊,郭洪光;铝合金微弧氧化陶瓷层的性能研究[J];材料保护;2000年07期
13 薛文斌,邓志威,陈如意,张通和;钛合金在硅酸盐溶液中微弧氧化陶瓷膜的组织结构[J];金属热处理;2000年02期
14 李淑华,尹玉军,程金生,李树堂;微弧氧化技术与材料表面陶瓷化[J];特种铸造及有色合金;2001年01期
15 张勇,黄平,徐可为,憨勇;溶液钙浓度和水热合成条件对微弧氧化TiO_2/羟基磷灰石复合膜层形貌和组成的影响[J];稀有金属材料与工程;2003年12期
16 魏同波,田军,阎逢元;LY12铝合金微弧氧化陶瓷层的结构和性能[J];材料研究学报;2004年02期
17 张淑芬,张先锋,蒋百灵;溶液电导率对镁合金微弧氧化的影响[J];材料保护;2004年04期
18 梁军,郭宝刚,田军,刘惠文,徐洮;氢氧化钾对镁合金微弧氧化的影响[J];材料保护;2005年04期
19 邓志威,薛文彬,汪新福,陈如意,来永春;铝合金表面微弧氧化技术[J];材料保护;1996年02期
20 邓志威,薛文彬,陈如意,来永春;微弧氧化铝、镁等合金材料表面陶瓷化处理[J];中国表面工程;1996年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 孟凡科;艾东斌;张鸿领;;微弧氧化技术在摩托车铝合金缸体上的应用研究初探[A];第四届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2007年
2 夏浩;欧阳贵;;不同氧化时间对镁合金微弧氧化的影响[A];第九届全国转化膜及表面精饰学术年会论文集[C];2012年
3 岳高;廖正陶;;镁合金微弧氧化工艺与原理探讨[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
4 郝雪龙;孙泽明;;钛合金表面微弧氧化陶瓷膜的制备及其特性[A];全国有色金属理化检验学术报告会论文集[C];2011年
5 姜训勇;;NiTi合金微弧氧化的初步研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
6 来永春;杜建成;施修龄;华洺;丁晓纪;;等离子体在微弧氧化中的作用[A];'2001全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2001年
7 刘万辉;薛文斌;鲍爱莲;;航空用高强铝合金微弧氧化陶瓷层的组织与性能[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 郑宏晔;王永康;李炳生;韩高荣;;添加剂Na_2WO_4对铝合金微弧氧化陶瓷层的影响[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年
9 高玉周;严立;杜克勤;张世锋;高彬;;微弧氧化陶瓷膜的形貌及相组成分析[A];首届中国热处理活动周论文集[C];2002年
10 成夙;魏大庆;周玉;;氧化时间对微弧氧化钛表面含硅、钙、钠涂层的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张欣盟;大面积铝合金局部放电微弧氧化及热阻隔膜层制备[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 吕维玲;AZ91D镁合金微弧氧化膜制备的调控及膜层表征方法的研究[D];兰州理工大学;2010年
3 苏培博;镁合金微弧氧化原位生长陶瓷膜及其摩擦行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 苏培博;镁合金微弧氧化原位生长陶瓷膜及其摩擦行为研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 刘妍;AZ91D镁合金微弧氧化工艺及成膜行为研究[D];浙江大学;2012年
6 杨威;反激式微弧氧化功率电源及其脉冲作用效能的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 杨威;反激式微弧氧化功率电源及其脉冲作用效能的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 陈宏;AZ91D压铸镁合金微弧氧化工艺及膜层腐蚀行为研究[D];长安大学;2009年
9 王晓波;低能耗镁合金微弧氧化电解液设计及添加剂作用机制研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 赵立臣;生物医用纯镁和Mg-Zn合金微弧氧化陶瓷涂层的制备及性能研究[D];河北工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳庆;铝合金表面不同颜色微弧氧化陶瓷层的制备工艺研究[D];吉林大学;2011年
2 樊康乐;低热损耗镁合金微弧氧化工艺的研究[D];兰州理工大学;2010年
3 冯欣荣;多功能微弧氧化电源的设计[D];吉林大学;2004年
4 徐涛涛;镁合金微弧氧化陶瓷层形成机制及工艺研究[D];燕山大学;2011年
5 徐荣远;ZK60镁合金微弧氧化工艺及其膜层组织和性能研究[D];江苏科技大学;2010年
6 孟祥跃;钢铁基体铝锰合金镀层微弧氧化的研究[D];燕山大学;2010年
7 王廷剑;铝合金LC4微弧氧化膜制备及特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 王文琴;纳米TiO_2改性镁合金微弧氧化工艺的研究[D];吉林大学;2010年
9 郑浩;程控微弧氧化脉冲电源研制[D];兰州理工大学;2010年
10 汪利娜;镁合金微弧氧化及溶胶—凝胶表面改性研究[D];太原科技大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 朱祖芳;镁合金表面处理技术日渐成熟[N];中国有色金属报;2006年
2 ;西安理工大学“十五”科技工作再创佳绩[N];陕西日报;2006年
3 曹佳音;镁行业5个项目获国家基金支持[N];中国有色金属报;2006年
4 青林;有色金属行业11个项目通过国家科技奖初评[N];中国有色金属报;2005年
5 记者  韩富斌;我省18个项目获得2005年度国家科学技术奖[N];陕西日报;2006年
6 昊泽;改善镁合金耐腐蚀性能研究取得新进展[N];中国建材报;2004年
7 柯昌万 王鸣琦;陕高校科研经费过百亿[N];中国有色金属报;2007年
8 易凡;笔记本皮革风吹暖今冬[N];电子资讯时报;2007年
9 ;四大环节点评镁[N];科技日报;2005年
10 记者 包斯文;硬面新技术将大放异彩[N];中国冶金报;2001年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978